我国科学家成功创制超长寿命制氢催化剂

北京大学发布消息，《自然》杂志2月12日刊发了一项颠覆性催化技术突破：北京大学马丁教授课题组与中国科学院大学周武教授课题组合作，开发出全球首例兼具超高活性与超长稳定性的甲醇-水重整制氢催化剂。该研究通过独创的稀土氧化物“纳米防护盾”技术，将铂基催化剂的持续工作时间提升至1000小时以上，催化转化数突破1500万次大关。

在甲醇-水重整产氢反应体系中，传统铂/立方相碳化钼催化剂（Pt/α-MoC）虽在低温条件下展现卓越制氢效率和超高催化活性，但活性载体遇水氧化导致结构退化的问题始终无解——这直接造成现有催化剂平均寿命不足200小时。研究团队聚焦困扰催化领域多年的“活性-稳定性权衡”难题，针对Pt/α-MoC体系存在的致命缺陷展开攻关。

研究团队首次实现了对催化剂活性位点的分子级精准防护，创造性地在Pt/γ-Mo₂N催化剂表面构筑镧系氧化物纳米覆盖层，形成三重防护机制：物理屏障，薄至单原子厚的惰性La₂O₃层隔绝水分子与高活性载体直接接触；结构调控：稀土保护层阻止Pt物种的迁移和聚集；位点锁定：选择性覆盖非必要表面位点，保留关键催化活性界面。

这种“精准防护”理念带来惊人效果：在240°C反应条件下，新型Pt/La-Mo₂N催化剂的衰减速率较传统催化剂降低两个数量级，持续运行42天后仍保持98%以上初始活性；1500万的催化转化数更是刷新该领域世界纪录，相当于单个Pt原子在运行周期内可以制备超过1500万个氢气分子，为长期稳定制氢提供技术保障。

此外，该研究展现出强大的拓展性，证实钇（Y）、镨（Pr）、钬（Ho）等稀土元素，甚至锶（Sr）等非稀土元素均可构建类似防护层。这种“元素工具箱”特性为定制化催化剂开发提供了无限可能。为未来兼具“高活性、高选择性和高稳定性”的高性能界面催化剂的设计提供了全新思路。

该技术突破不仅使生物甲醇等绿色氢源的大规模应用成为可能，其防护策略还可延伸至氨分解、燃料电池、可持续化学工业等关键领域，为全球能源转型提供可能方案。