導(dǎo)讀

近日，2025年度中國(guó)石油和化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會(huì)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)獲獎(jiǎng)名單正式公布。由清華大學(xué)化學(xué)系副教授段昊泓作為第一完成人，清華大學(xué)作為第一完成單位，聯(lián)合北京化工大學(xué)、衢州資源化工創(chuàng)新研究院共同完成的“電解水制氫耦合催化氧化的科學(xué)基礎(chǔ)”項(xiàng)目獲得科技進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。

發(fā)展清潔高效的氫能技術(shù)是國(guó)家重大戰(zhàn)略需求。然而，傳統(tǒng)電解水制氫技術(shù)長(zhǎng)期面臨能耗高、成本高以及存在氫氣與氧氣混合潛在安全風(fēng)險(xiǎn)等挑戰(zhàn)。為破解這些難題，項(xiàng)目組創(chuàng)造性地提出并系統(tǒng)構(gòu)建了“電解水制氫耦合催化氧化”的全新科學(xué)體系和技術(shù)路徑。

圖1.項(xiàng)目組提出并系統(tǒng)發(fā)展的“電解水制氫耦合催化氧化”創(chuàng)新策略

項(xiàng)目通過深入的基礎(chǔ)研究，成功破解了兩類關(guān)鍵科學(xué)問題：一是建立了電解水制氫耦合20種以上有機(jī)分子氧化的反應(yīng)新體系；二是創(chuàng)制了系列高性能電催化劑，并闡明了其構(gòu)效關(guān)系。基于這些科學(xué)突破，項(xiàng)目取得了顯著成效：與傳統(tǒng)電解水制氫相比，新體系制氫能耗最高降低達(dá)56%，制氫速率最高提升39倍，同時(shí)可穩(wěn)定產(chǎn)出純度超過99.99%的高純氫氣。更加重要的是，該過程在陰極產(chǎn)氫的同時(shí)，陽(yáng)極能高效、高選擇性地將有機(jī)分子轉(zhuǎn)化為醛、酮、羧酸等高附加值化學(xué)品，通過產(chǎn)品增值大幅攤薄了制氫成本，并從源頭上消除了氫氧混合爆炸風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)現(xiàn)了本質(zhì)安全。

圖2.項(xiàng)目組構(gòu)建的連續(xù)流反應(yīng)器和首套20千瓦反應(yīng)裝置

在工程化方面，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)成功攻克了反應(yīng)規(guī)模放大的技術(shù)瓶頸，通過強(qiáng)化傳質(zhì)過程和創(chuàng)新設(shè)計(jì)連續(xù)流反應(yīng)器，構(gòu)建了國(guó)際首套20千瓦級(jí)電化學(xué)微化工平臺(tái)系統(tǒng)。該技術(shù)成功實(shí)現(xiàn)了年產(chǎn)噸級(jí)陽(yáng)極化學(xué)品與年產(chǎn)五千標(biāo)準(zhǔn)立方米氫氣的聯(lián)產(chǎn)工藝示范。技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析表明，這一創(chuàng)新工藝可將產(chǎn)氫成本降至與當(dāng)前主流的煤制氫成本相當(dāng)，展現(xiàn)出巨大的產(chǎn)業(yè)化潛力和經(jīng)濟(jì)性。

項(xiàng)目成果已通過中國(guó)石油和化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會(huì)組織的科技成果評(píng)價(jià)及中國(guó)化工學(xué)會(huì)組織的科技成果鑒定，被遴選為國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“十四五”催化科學(xué)專項(xiàng)的標(biāo)志性成果之一，實(shí)現(xiàn)了電解反應(yīng)工藝的重大創(chuàng)新。

來源：清華大學(xué)