【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，化學(xué)與化工學(xué)院前沿化學(xué)研究院鄧偉僑教授團隊在高效甲酸鹽–鹽穴儲氫領(lǐng)域取得新進(jìn)展。相關(guān)成果以“Highly Efficient Au?Pd Single-Atom Alloy Catalyzing Reversible Formate/Bicarbonate Interconversion: Proof-of-Concept for Formate-Salt Cavern Hydrogen Storage”為題，發(fā)表于國際頂級期刊《德國應(yīng)用化學(xué)》(Angewandte Chemie International Edition)。山東大學(xué)博士研究生慈秀芹為論文第一作者，鄧偉僑教授、任國慶副教授為論文共同通訊作者，山東大學(xué)為唯一完成單位。
 

　　氫能憑借高能量密度和零碳排放特性，被視為實現(xiàn)碳中和目標(biāo)的關(guān)鍵能源載體。然而，高效、安全、經(jīng)濟的大規(guī)模儲氫技術(shù)仍是制約其規(guī)模化應(yīng)用的重要瓶頸?，F(xiàn)有主流物理儲氫方案普遍存在能耗高、安全隱患大等問題。近年來，基于甲酸鹽/碳酸氫鹽可逆循環(huán)(HCO?? + H? ↔ HCOO? + H?O)的化學(xué)儲氫路線因其操作條件溫和、安全性好、放氫產(chǎn)物為高純氫等優(yōu)勢而備受關(guān)注。與此同時，鹽穴以其成本低、容量大、密封性能好、結(jié)構(gòu)長期穩(wěn)定等突出優(yōu)勢，被視為大規(guī)模儲氫的理想地質(zhì)載體。然而，由于缺乏能夠在溫和條件下高效驅(qū)動甲酸鹽/碳酸氫鹽雙向轉(zhuǎn)化的催化劑，將化學(xué)儲氫載體與鹽穴地質(zhì)儲存相結(jié)合的“甲酸鹽–鹽穴儲氫系統(tǒng)”未能實現(xiàn)。
 

　　針對上述挑戰(zhàn)，團隊設(shè)計出一種胺修飾活性炭負(fù)載的Au?Pd單原子合金(Single-Atom Alloy, SAA)催化劑Au?Pd??/AC-NH，其中Au以孤立單原子形式分散于Pd納米簇表面(平均粒徑 1.30 nm)(如圖1)，在近環(huán)境條件下實現(xiàn)甲酸鹽/碳酸氫鹽雙向反應(yīng)的高效轉(zhuǎn)化：80 ℃、常壓下甲酸鹽脫氫的初始轉(zhuǎn)化頻率(TOF)高達(dá)4568 h?¹；30 ℃、常壓、1.5 M KHCO? 條件下碳酸氫鹽加氫的 TOF 高達(dá) 77 h?¹。與單金屬Pd催化劑相比，痕量Au的引入使脫氫初始活性提升45%、加氫活性提升34%。機理研究表明，優(yōu)異的催化性能主要源于獨特的Au?Pd單原子合金效應(yīng)與載體表面-NH-基團的協(xié)同作用，其中電子富集的Pd位點促進(jìn)H?解離，具有路易斯酸性的孤立Au位點強化甲酸鹽/碳酸氫根的吸附與活化，二者共同加速了反應(yīng)中間體的生成與轉(zhuǎn)化。
 

　　基于上述高效催化劑，研究團隊進(jìn)一步提出“甲酸鹽–鹽穴儲氫系統(tǒng)”(如圖2)并完成了概念驗證實驗，這是首個將可逆甲酸鹽儲氫與鹽穴地質(zhì)儲存相結(jié)合并完成概念驗證(proof-of-concept)的研究。“甲酸鹽–鹽穴儲氫系統(tǒng)”通過碳酸氫鹽加氫生成甲酸鹽，并將其注入鹽穴中實現(xiàn)氫能長周期、跨季節(jié)儲存；需要用氫時再將溶液抽出，經(jīng)催化脫氫過程按需釋放氫氣，形成“化學(xué)儲存—按需供氫”的閉環(huán)運行模式。在模擬“甲酸鹽–鹽穴儲氫系統(tǒng)”的概念驗證實驗中，經(jīng)五次連續(xù)循環(huán)測試，系統(tǒng)儲放氫效率(放出的氫/存入的氫)均穩(wěn)定保持在約97%，且催化劑在循環(huán)后結(jié)構(gòu)與粒徑保持完好，展現(xiàn)了該體系優(yōu)異的穩(wěn)定性與可循環(huán)性。這一新的儲氫模式為大規(guī)模氫儲存系統(tǒng)的構(gòu)建提供了概念驗證與可行技術(shù)路線。
 

　　上述甲酸鹽–鹽穴儲氫工作，延續(xù)了鄧偉僑教授團隊在碳中和化學(xué)領(lǐng)域“常溫、低能耗催化轉(zhuǎn)化”的一貫主線。2025 年，團隊在《自然·通訊》(Nature Communications)連續(xù)發(fā)表兩項進(jìn)展：其一，提出鈷基機械催化劑，以機械化學(xué)(球磨)方式在常溫常壓下實現(xiàn)綠氨的連續(xù)高效合成。(Nat. Commun. 2025, 16, 7887)；其二，設(shè)計錨定于共價三嗪框架(CTF)的硫橋聯(lián)鉬雙原子催化劑(Mo–S–Mo/CTF)，在 30 ℃、0.9 MPa 近常溫條件下以 96% 選擇性實現(xiàn) CO? 加氫制綠色甲醇(Nat. Commun. 2025, 16, 7876)。
 

　　上述研究得到國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、泰山學(xué)者項目、山東省自然科學(xué)基金以及山東大學(xué)青年學(xué)者未來計劃等項目資助。
 

　　引用：鄧偉僑教授團隊在高效甲酸鹽–鹽穴儲氫領(lǐng)域取得新進(jìn)展-山東大學(xué)【引用時間：2026年9月29日】