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加快打造原始創(chuàng)新策源地，加快突破關(guān)鍵核心技術(shù)，努力搶占科技制高點(diǎn)，為把我國建設(shè)成為世界科技強(qiáng)國作出新的更大的貢獻(xiàn)。

——習(xí)近平總書記在致中國科學(xué)院建院70周年賀信中作出的“兩加快一努力”重要指示要求

面向世界科技前沿、面向經(jīng)濟(jì)主戰(zhàn)場、面向國家重大需求、面向人民生命健康，率先實(shí)現(xiàn)科學(xué)技術(shù)跨越發(fā)展，率先建成國家創(chuàng)新人才高地，率先建成國家高水平科技智庫，率先建設(shè)國際一流科研機(jī)構(gòu)。

——中國科學(xué)院辦院方針

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甲醇重整制氫研究取得進(jìn)展

2025-03-03 生態(tài)環(huán)境研究中心

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中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心賀泓團(tuán)隊(duì)等在甲醇重整制氫方面取得進(jìn)展。

綠色氫能在推動能源結(jié)構(gòu)演替方面發(fā)揮重要作用。甲醇水蒸氣重整（MSR）制氫是綠色氫能的重要來源之一，具有高效、可持續(xù)和低環(huán)境影響等特點(diǎn)。目前，提高MSR反應(yīng)的選擇性和氫氣產(chǎn)率是亟待解決的科學(xué)問題。

鈀催化劑（Pd/ZnO）是MSR反應(yīng)的典型催化劑，其目標(biāo)反應(yīng)途徑為PdZn合金上反應(yīng)關(guān)鍵中間體CH₂O*被水解離產(chǎn)生的OH*物種氧化為CO₂和H₂，但同時(shí)存在CH₂O*直接分解為CO和H₂的副反應(yīng)競爭，導(dǎo)致目標(biāo)產(chǎn)物選擇性較低。

該研究提出了通過路徑優(yōu)化來精細(xì)調(diào)控選擇性的策略。研究將Cu引入Pd/ZnO催化劑中，形成穩(wěn)定的PdCu合金，調(diào)整催化反應(yīng)動力學(xué)，降低水解離能壘，從而提供了更多活性羥基以促進(jìn)CH₂O*的氧化反應(yīng)，提高了反應(yīng)活性和目標(biāo)產(chǎn)物選擇性。同時(shí)，PdCu合金上CO解吸的能壘提高，抑制了CH₂O*分解，阻礙了副反應(yīng)產(chǎn)物CO生成。這一雙重功能調(diào)控提升了甲醇水蒸氣重整制氫的活性和選擇性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，優(yōu)化后的PdCu₁/ZnO催化劑的活性比傳統(tǒng)Pd/ZnO催化劑提高了2.3倍，且CO選擇性降低了75%。

上述研究通過識別并優(yōu)化關(guān)鍵反應(yīng)步驟，精細(xì)調(diào)控催化反應(yīng)的選擇性，為高效催化劑設(shè)計(jì)合成與綠氫生產(chǎn)提供了指導(dǎo)。

相關(guān)研究成果以Optimizing selectivity via steering dominant reaction mechanisms in steam reforming of methanol for hydrogen production為題，在線發(fā)表在《自然-通訊》（Nature Communications）上。研究工作得到國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃和國家自然科學(xué)基金等的支持。該工作由生態(tài)中心和美國賓夕法尼亞大學(xué)合作完成。

論文鏈接

PdCu_x/ZnO催化劑的（a）晶體結(jié)構(gòu)、（b、c）微觀形貌、MSR反應(yīng)的（d）氫氣產(chǎn)率、（e）CO選擇性和甲醇轉(zhuǎn)化率

中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心賀泓團(tuán)隊(duì)等在甲醇重整制氫方面取得進(jìn)展。綠色氫能在推動能源結(jié)構(gòu)演替方面發(fā)揮重要作用。甲醇水蒸氣重整（MSR）制氫是綠色氫能的重要來源之一，具有高效、可持續(xù)和低環(huán)境影響等特點(diǎn)。目前，提高M(jìn)SR反應(yīng)的選擇性和氫氣產(chǎn)率是亟待解決的科學(xué)問題。鈀催化劑（Pd/ZnO）是MSR反應(yīng)的典型催化劑，其目標(biāo)反應(yīng)途徑為PdZn合金上反應(yīng)關(guān)鍵中間體CH2O*被水解離產(chǎn)生的OH*物種氧化為CO2和H2，但同時(shí)存在CH2O*直接分解為CO和H2的副反應(yīng)競爭，導(dǎo)致目標(biāo)產(chǎn)物選擇性較低。該研究提出了通過路徑優(yōu)化來精細(xì)調(diào)控選擇性的策略。研究將Cu引入Pd/ZnO催化劑中，形成穩(wěn)定的PdCu合金，調(diào)整催化反應(yīng)動力學(xué)，降低水解離能壘，從而提供了更多活性羥基以促進(jìn)CH2O*的氧化反應(yīng)，提高了反應(yīng)活性和目標(biāo)產(chǎn)物選擇性。同時(shí)，PdCu合金上CO解吸的能壘提高，抑制了CH2O*分解，阻礙了副反應(yīng)產(chǎn)物CO生成。這一雙重功能調(diào)控提升了甲醇水蒸氣重整制氫的活性和選擇性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，優(yōu)化后的PdCu1/ZnO催化劑的活性比傳統(tǒng)Pd/ZnO催化劑提高了2.3倍，且CO選擇性降低了75%。上述研究通過識別并優(yōu)化關(guān)鍵反應(yīng)步驟，精細(xì)調(diào)控催化反應(yīng)的選擇性，為高效催化劑設(shè)計(jì)合成與綠氫生產(chǎn)提供了指導(dǎo)。相關(guān)研究成果以O(shè)ptimizing selectivity via steering dominant reaction mechanisms in steam reforming of methanol for hydrogen production為題，在線發(fā)表在《自然-通訊》（Nature Communications）上。研究工作得到國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃和國家自然科學(xué)基金等的支持。該工作由生態(tài)中心和美國賓夕法尼亞大學(xué)合作完成。論文鏈接PdCux/ZnO催化劑的（a）晶體結(jié)構(gòu)、（b、c）微觀形貌、MSR反應(yīng)的（d）氫氣產(chǎn)率、（e）CO選擇性和甲醇轉(zhuǎn)化率

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