今日，Nature子刊发布一项重要研究成果，由第一作者Sai Zhang带领的研究团队，共同通讯作者瞿永泉和胡军在西北工业大学、西北大学合作，探索了低温下甲醇重整的创新途径。他们发现(论文DOI:</ 10.1038/s41467-022-33186-z)，在CeO2多孔纳米棒上，利用Pt单原子与受挫路易斯对(FLPs)的双活性位点，实现了无添加剂条件下，120°C低温下高效产氢，且CO生成量极低，仅为0.027%。
在碳中和的大背景下，开发安全、可持续的氢气生产方法至关重要。甲醇与水的水相重整(APRM)因其高密度和易获取性备受关注。然而，目标是实现低温下高效、无副产物的氢气生成。研究团队揭示，Pt单原子与FLPs的协同作用，通过FLPs的自发水解离，显著提升了甲醇的活化性能，从而促进氢气生成，抑制CO的生成，为氢能利用开辟了一条光明的道路。
传统的甲醇重整过程需要大量强碱，但这种方法并不符合环保和经济的要求。非均相催化剂，尤其是Pt、Ru和Pd基催化剂，曾被寄予厚望，但它们通常在高温下运行且H2纯度低。这项突破表明，研究人员已经通过在α-MoC上分散的Pt，将低温催化效率提升到了150°C。然而，进一步降低反应温度并保持高效产氢的挑战仍然存在。此次，Pt1/PN-CeO2催化剂的出现，无疑为解决这一难题带来了新曙光。
催化剂的表征数据显示，单原子Pt和FLPs的双活性位点设计显著提高了催化剂的性能。图1展示了催化剂的结构和工作原理，以及图2和3分别展示了催化剂的形貌、成分和催化性能的卓越表现。通过对比图3，Pt1/PN-CeO2在低温无添加的条件下，其产氢效率超越了已知均相催化剂，且具有出色的稳定性。
图4和5深入解析了双活性位点对产氢性能的影响，包括表面Ce3+分数、Pt粒径和反应动力学。这些图揭示了催化剂如何通过优化反应路径，实现甲醇和水在低温下的高效转化，生成的H2纯度极高，为氢气应用提供了理想的起点。
总的来说，这项研究为我们提供了低温甲醇重整制氢的新策略，展示了单原子催化技术的潜力和前景。尽管仍有氢气纯化的需求，但Pt1/PN-CeO2催化剂的出现，无疑为实现绿色氢能的商业化生产铺平了道路，为碳中和目标的实现提供了关键一步。