近年来，生物乙醇凭借其可再生性、高含氢量以及良好的储运安全性，成为绿色制氢原料的热门选择。然而，传统的乙醇 - 水重整制氢技术存在两大棘手难题。一方面，该过程通常需要在 400℃至 600℃的高温条件下进行，这不仅能耗高，还难以避免乙醇分子 C - C 键断裂导致的 CO₂排放；另一方面，现有催化剂易受积碳和烧结失活的影响，限制了其工业化应用，难以同时兼顾催化效率和长期稳定性。
针对这些问题，中国科学院大学周武课题组联合多个科研团队，基于在金属 - 碳化钼（M/α - MoC）催化剂体系近十年的合作研究成果，开创性地提出了金属 - 碳化钼体系 “选择性部分重整” 制氢新技术。这项技术通过原子级精准设计、调控铂 / 铱（Pt/Ir）双金属 - α - MoC 界面，将乙醇 - 水重整反应从传统的完全重整（氧化）路径转变为选择性部分重整路径（C₂H₅OH + H₂O → 2H₂ + CH₃COOH）。在 270℃的温和条件下，不仅实现了高通量氢气制备，还能联产高值化学品乙酸。
这一技术从反应源头消除了 CO₂直接排放，将反应物中的碳资源高选择性地转化为液态化学品。该成果为氢能产业的碳中和转型提供了新范式，也为生物质资源 “氢气 - 化学品联产” 的循环经济模式奠定了重要基础。2 月 14 日，相关研究成果以《Thermal catalytic reforming for hydrogen production with zero CO₂ emission》为题，发表在《科学》（Science）上。
新型铂 - 铱双金属催化剂（PtIr/α - MoC）的核心创新在于原子尺度的界面工程设计。单原子分辨的低压扫描透射电镜（STEM）电子能量损失谱（EELS）成像分析显示，在 3wt% 负载的 3Pt/α - MoC 催化剂中，Pt 物种主要以单原子和团簇的形式存在于 MoC 表面，Pt 团簇尺寸约为 1nm。引入相近载量的 Ir 物种后，3Pt3Ir/α - MoC 催化剂中 Pt 物种的分散性显著提升，Ir 主要以高分散的单原子形式存在。这是因为原子级分散的 Pt 和 Ir 物种与 α - MoC 载体之间存在不同程度的强相互作用，Ir 优先在载体表面落位，促进 Pt 的分散并约束 Pt 颗粒的生成，构建高密度的界面催化活性位点，避免贵金属颗粒的形成，抑制催化过程中 C - C 键的断裂，确保催化剂在温和条件下高效活化乙醇 - 水体系并保持长期稳定性。
催化性能评价表明，该催化剂在 270°C 条件下，氢气产率达 331.3 毫摩尔每克催化剂每小时，乙酸选择性达 84.5%，且在长达 100 小时的稳定性测试中表现出优异的抗失活能力。与传统乙醇 - 水重整反应相比，新技术能耗更低、更环保，还提供了绿色制备乙酸的新路径。
在这项研究中，周武课题组首次利用单原子分辨的低压 STEM - EELS 成像技术，实现了对催化剂上周期表中相邻贵金属物种的原子级化学成像，揭示了载体上单原子 Ir 物种对 Pt 物种分散度的促进作用。与常规 STEM - HAADF 原子序数衬度分析相比，该技术在多元素混合的复杂体系中优势明显，能更精准地解析双金属催化剂体系以及更复杂的催化剂体系中负载金属之间、负载金属 - 载体之间的强相互作用，为探讨催化剂活性提升机制提供了直接的结构证据，对高效催化剂体系的设计和优化意义重大。
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