编者按：

北京大学化学与分子工程学院教授、碳中和研究院双聘教师马丁团队近期在氢能领域取得了显著成就，连续两天在《Nature》和《Science》两大顶级期刊发表研究成果，分别聚焦催化剂稳定性提升与零碳排放制氢技术，为清洁能源的实际应用提供了强有力的科学支持。这些突破不仅展现了北京大学在科学技术领域的卓越实力，更为解决全球能源和环境问题贡献了中国智慧。

以下文章为北京大学对两篇论文的详细解读。

氢能作为重要的清洁能源

被广泛认为是未来全球能源体系重要支柱

其生产方式直接影响全球碳中和目标的实现

高效、稳定、低成本的氢能生产

已成为能源科技发展的关键挑战

北京大学马丁教授团队及合作者聚焦制氢技术

分别于2月13日及14日

在Nature和Science上

发表两项重磅研究成果

这位两刊“双料”科学家团队

为清洁能源领域带来突破性进展

Science文章截图

Nature文章截图

两篇文章，一个目标，多个路径

北京大学马丁教授团队及合作者此次发表的两项成果连续两天被刊发在国际顶级学术期刊，足见其影响深远。尽管两项研究都旨在优化制氢反应，但二者侧重点和实现路径却大有不同。

开发出了一种全新且泛用的高活性产氢催化剂稳定策略。整整超过了此前报道的最高记录一个数量级。

鱼和熊掌，可以兼得

研究团队此次发表在《Nature》杂志的成果突破了催化科学中的稳定性瓶颈，首次在不降低活性的前提下，实现了高稳定性的界面催化剂设计，为贵金属催化剂的低成本、高稳定性应用提供了可行方案，预计未来将在绿色能源、氢燃料电池、可持续化学工业等领域发挥重要作用，加速迈向零碳排放的未来。

催化技术犹如现代化学工业的心脏，全球超过80%的工业化学品生产依赖催化过程。作为催化反应的核心，催化剂的活性和选择性决定了反应速率和目标产物的收率，是衡量新型催化剂性能的重要指标。然而，实际工业应用中，仅具备高活性、高选择性远远不够——催化剂的稳定性直接影响生产的持续性和经济性。催化剂兼具高活性、高选择性和高稳定性才是决定其能否真正实现大规模应用的根本。

在催化研究中，“高活性与高稳定性难以兼得”一直是科学家面临的核心挑战之一。许多高活性催化剂虽然能大幅提升催化反应效率，但是在反应过程中容易发生结构退化、活性中心流失，最终加速失效。在甲醇-水重整（MSR）产氢这一关键反应体系中，上述问题尤为突出。该团队此前研究发现，贵金属铂、金等和碳化钼（α-MoC）等活性载体构建的界面催化体系，在较低的温度下能够高效制氢，展现出超高活性和选择性。然而，由于这类活性载体在水环境中极易被氧化，催化中心的结构稳定性受到严重制约，最终导致催化剂快速失效，成为限制其工业化应用的主要瓶颈。如何在保持高活性的同时显著提升催化剂的稳定性，成为该领域最具挑战性的核心难题之一。

实现对界面催化结构的精准保护，大幅度提升催化剂稳定性的同时不影响其催化活性。

图1.Pt/La-Mo2N催化剂的结构及产氢催化性能

实验数据显示，在甲醇重整制氢反应中，该新型Pt/La-Mo₂N催化剂展现出超过1000小时的稳定性而未有明显失活。更令人惊叹的是，该催化剂仍然保持超高活性和选择性，实现了超过1500万的超高催化转化数（TON），创造了甲醇-水制氢催化反应的最高纪录。

研究团队进一步发现，该策略具有良好的普适性，不仅适用于镧（La），还可拓展至其他稀土元素（如Y、Pr、Ho），甚至适用于部分惰性非稀土元素（如Ca、Sr），展现出广泛的适用性，为未来兼具“高活性、高选择性和高稳定性”的高性能高催化剂的设计提供了全新思路。

零CO2排放的重大突破

研究团队此次发表在《Science》杂志的成果不仅为可持续氢能经济提供了新的解决方案，也为未来氢气生产与储存技术的发展开辟了新方向。随着全球能源体系向低碳化转型，这项突破性的催化技术有望成为推动绿色氢能产业的重要助力，为实现全球碳中和目标贡献关键力量。

氢能，常被视为未来清洁能源体系的核心。然而，当前全球约96%的氢气仍依赖化石燃料制备，每生产1吨氢气通常伴随9-12吨二氧化碳的排放，这与全球“双碳”战略目标形成了显著矛盾。因此，开发真正绿色、高效、低碳的制氢技术已成为全球能源转型的关键课题。

研究团队开发的新型铂-铱双金属催化剂（PtIr/α-MoC），其核心创新在于原子尺度的界面工程。通过原子级分散的Pt和Ir物种与α-MoC载体之间的强相互作用，利用Ir在载体表面的优先落位，有效促进了Pt的分散，同时约束了Pt颗粒的生成，从而构建高密度的界面催化活性位点。这一设计确保了催化剂能够在温和条件下高效活化乙醇-水的同时避免中间体C-C键的不必要断裂，高效产氢的同时保持长期稳定性。

催化性能评价显示，该催化剂在270°C条件下，氢气产率达到331.3毫摩尔每克催化剂每小时，乙酸选择性高达84.5%，并且在长达100小时的稳定性测试中表现出优异的抗失活能力。相比传统乙醇-水重整反应，这一新技术不仅能耗更低、更加环保，同时提供了一条绿色制备乙酸的新路径。

研究团队评估发现，每吨乙醇可联产1.3吨乙酸，而乙酸作为基础化工原料，全球年需求量超过1500万吨，经济潜力十分可观。与传统石化法制乙酸相比，该新工艺可减少62%碳排放，形成“制氢-储碳-产酸”闭环系统，可在醋酸纤维、医药中间体等领域形成低碳替代方案。

图2.PtIr/α-MoC催化剂的结构及催化性能

我们的研究目标不仅是探索科学前沿，更是为解决能源和环境问题提供切实可行的方案。

马丁教授团队的两项研究不仅在学术界引起了轰动，更为清洁能源的实际应用提供了强有力的支持。

作为中国顶尖高等学府，北京大学始终致力于推动科学技术的进步，为解决全球性挑战贡献智慧和力量。未来，北大科研团队将继续以创新为驱动，在清洁能源、环境保护、生命科学等领域不断突破，助力人类向可持续发展愿景不断迈进。