綠色未來：零碳排放的乙醇熱催化制氫

在2025年2月14日的《科學(xué)》雜志上，一篇由Mi Peng等人撰寫的文章揭示了一種全新的熱催化方法，用于通過部分重整乙醇生產(chǎn)氫氣和醋酸，幾乎實(shí)現(xiàn)零二氧化碳排放。這一創(chuàng)新技術(shù)不僅為未來的化學(xué)工業(yè)提供了新的解決方案，還展示了如何更高效、環(huán)保地利用可再生能源。

一、傳統(tǒng)制氫方法的困境

當(dāng)前，化石燃料的重整是工業(yè)用氫的主要來源，但這種方法伴隨著大量的二氧化碳排放。雖然水電解和生物質(zhì)氣化等“綠色”替代方案能夠減少碳足跡，但它們在效率、成本效益和可擴(kuò)展性方面仍面臨挑戰(zhàn)。而乙醇的部分氧化和完全蒸汽重整雖然具有一些優(yōu)勢，但前者的產(chǎn)氫率較低，后者則需要高溫，容易引發(fā)副反應(yīng)，且將大量碳原子轉(zhuǎn)化為二氧化碳，浪費(fèi)了寶貴的碳資源。

二、新催化劑：高效與選擇性的完美結(jié)合

為了克服上述問題，研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種高分散的Pt/Ir金屬催化劑，并負(fù)載在α-鉬碳化物（a-MoC）上。這種催化劑在較低的溫度下就能高效地促進(jìn)乙醇部分蒸汽重整生成氫氣和醋酸。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，3Pt3Ir/a-MoC催化劑在270°C時(shí)，每小時(shí)每克催化劑能產(chǎn)生331.3毫摩爾的氫氣，并且醋酸的選擇性高達(dá)84.5%。

三、催化劑的設(shè)計(jì)與制備

選擇a-MoC作為反應(yīng)載體是關(guān)鍵，因?yàn)樗哂性诘蜏叵录せ钏莫?dú)特能力，并且與貴金屬之間有強(qiáng)相互作用，能形成高密度的界面活性位點(diǎn)。通過共負(fù)載Pt和Ir，研究人員成功提高了Pt的分散度，從而構(gòu)建了一個(gè)具有高原子級界面位點(diǎn)的催化劑，這有助于乙醇向醋酸的高效選擇性轉(zhuǎn)化。

四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論支持

實(shí)驗(yàn)中，原位光譜和傅里葉變換紅外光譜（FTIR）分析表明，3Pt3Ir/a-MoC催化劑在室溫下就能有效解離乙醇和水，生成醋酸和氫氣。理論計(jì)算進(jìn)一步揭示了該催化劑在抑制不希望的副反應(yīng)（如乙醛和其他副產(chǎn)品的形成）方面的優(yōu)越性。此外，該催化劑在長達(dá)100小時(shí)的耐久性測試中表現(xiàn)出色，氫氣生成速率僅下降了21%。

五、經(jīng)濟(jì)可行性與環(huán)境影響

技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析和生命周期評估顯示，使用3Pt3Ir/a-MoC的重整工廠在銷售回報(bào)率（ROS）上極具吸引力，超過了化工行業(yè)的平均水平。更重要的是，與傳統(tǒng)方法相比，該方法在整個(gè)催化劑壽命期間，氫氣和醋酸生產(chǎn)的碳排放分別減少了21.9%和38.6%，化石能源消耗也顯著降低。

六、結(jié)語與展望

這項(xiàng)研究不僅展示了一種高效、環(huán)保的制氫方法，還強(qiáng)調(diào)了合理設(shè)計(jì)和構(gòu)建高原子級界面位點(diǎn)的重要性。通過避免大金屬團(tuán)簇的形成，研究人員成功地將乙醇部分重整的反應(yīng)路徑調(diào)整為高選擇性地生成醋酸，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了前所未有的低溫度下的高氫氣生成活性。這一過程在工業(yè)規(guī)模上具有可擴(kuò)展性和盈利潛力，為可持續(xù)的綠色制氫提供了一條光明的道路。

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