近日，北京大學發(fā)布消息，《自然》雜志2月12日刊發(fā)了一項顛覆性催化技術突破：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，開發(fā)出全球首例兼具超高活性與超長穩(wěn)定性的甲醇-水重整制氫催化劑。該研究通過獨創(chuàng)的稀土氧化物“納米防護盾”技術，將鉑基催化劑的持續(xù)工作時間提升至1000小時以上，催化轉化數(shù)突破1500萬次大關。

在甲醇-水重整產氫反應體系中，傳統(tǒng)鉑/立方相碳化鉬催化劑（Pt/α-MoC）雖在低溫條件下展現(xiàn)卓越制氫效率和超高催化活性，但活性載體遇水氧化導致結構退化的問題始終無解——這直接造成現(xiàn)有催化劑平均壽命不足200小時。研究團隊聚焦困擾催化領域多年的“活性-穩(wěn)定性權衡”難題，針對Pt/α-MoC體系存在的致命缺陷展開攻關。

研究團隊首次實現(xiàn)了對催化劑活性位點的分子級精準防護，創(chuàng)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：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；結構調控：稀土保護層阻止Pt物種的遷移和聚集；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(tǒng)催化劑降低兩個數(shù)量級，持續(xù)運行42天后仍保持98%以上初始活性；1500萬的催化轉化數(shù)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(wěn)定制氫提供技術保障。

此外，該研究展現(xiàn)出強大的拓展性，證實釔（Y）、鐠（Pr）、鈥（Ho）等稀土元素，甚至鍶（Sr）等非稀土元素均可構建類似防護層。這種“元素工具箱”特性為定制化催化劑開發(fā)提供了無限可能。為未來兼具“高活性、高選擇性和高穩(wěn)定性”的高性能界面催化劑的設計提供了全新思路。

該技術突破不僅使生物甲醇等綠色氫源的大規(guī)模應用成為可能，其防護策略還可延伸至氨分解、燃料電池、可持續(xù)化學工業(yè)等關鍵領域，為全球能源轉型提供可能方案。

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