北京大學馬丁教授課題組與中國科學院大學周武教授課題組合作，國科開發出全球首例兼具超高活性與超長穩定性的大最甲醇-水重整制氫催化劑。該研究通過獨創的超長壽材料稀土氧化物“納米防護盾”技術，將鉑基催化劑的命制持續工作時間提升至1000小時以上，催化轉化數（TON）突破1500萬次大關，氫催為氫能規模化應用掃除關鍵障礙。化劑研究成果以Shielding Pt/γ-Mo2N by inert nano-overlays enables stable H2 production為題發表于Nature。國科北京大學博士后高子睿，大最中國科學院大學已畢業博士生李傲雯，超長壽材料北京大學訪問學者劉興武，命制北京大學特聘副研究員彭覓以及博士研究生于士翔為該論文的氫催共同第一作者。
研究團隊聚焦困擾催化領域多年的化劑“活性-穩定性權衡”難題，針對用于甲醇-水重整（MSR）制氫的國科高活性Pt/α-MoC體系存在的致命缺陷展開攻關。傳統鉑/立方相碳化鉬催化劑雖在低溫條件下展現卓越制氫效率和超高催化活性，大最但活性載體遇水氧化導致結構退化的超長壽材料問題始終無解——這直接造成現有催化劑平均壽命不足200小時。
“我們首次實現了對催化劑活性位點的分子級精準防護。”論文通訊作者馬丁解釋了這項研究的創新策略，“就像給精密儀器加裝防護罩，用稀土氧化物納米層覆蓋活性載體表面的冗余活性位，既阻止氧化侵蝕，又保持界面催化位點的超高活性狀態。”
研究團隊創造性地在Pt/γ-Mo?N催化劑表面構筑鑭系氧化物納米覆蓋層，形成三重防護機制：1. 物理屏障：薄至單原子厚的惰性La?O?層隔絕水分子與高活性載體直接接觸；2. 結構調控：稀土保護層阻止Pt物種的遷移和聚集；3. 位點鎖定：選擇性覆蓋非必要表面位點，保留關鍵催化活性界面。
這種“精準防護”理念帶來驚人效果：在240°C反應條件下，新型Pt/La-Mo?N催化劑的衰減速率較傳統催化劑降低兩個數量級，持續運行42天后仍保持98%以上初始活性。其1500萬的催化轉化數更是刷新該領域世界紀錄，相當于單個Pt原子在運行周期內可以制備超過1500萬個氫氣分子，為長期穩定制氫提供技術保障。
圖1：結構表征
圖2：與其他貴金屬甲醇重整催化劑的催化性能比較
圖3：抗失活機理
圖4：不同惰性助劑修飾的Pt/γ-Mo2N催化劑的催化性能及抗失活機理比較
論文地址：https://www.nature.com/articles/s41586-024-08483-w
本文主要參考地址：https://news.pku.edu.cn/jxky/a2d899825f544da8a4d558ce6141ba15.htm
