近日，中国科学院生态环境研究中心贺泓院士团队在可再生能源制氢方面取得重要研究进展，成果以“Heteronuclear Rh-La Dual-Atom Sites Enable Pathway-Controlled Hydrogen Production in Ethanol Steam Reforming”为题发表于国际著名化学期刊《Angewandte Chemie International Edition》。
在全球能源结构转型和“双碳”目标加速推进的背景下，氢能作为清洁高效的二次能源，被视为构建未来低碳能源体系的关键支撑。生物乙醇水蒸气重整制氢（Ethanol Steam Reforming，ESR）以可再生生物质乙醇为原料，可与生物质资源循环利用相结合，是实现可持续制氢的重要技术路径。然而，该反应包含C−H键活化、C−C键活化、水活化和水煤气变换等多个串联基元步骤，上游C−C键断裂过快而下游水活化和CO转化过慢，会造成副反应加剧和积碳失活。如何通过活性位点的精准设计实现各基元步骤之间的动力学匹配，是该领域面临的核心挑战。
针对这一问题，研究团队创新性地利用电子金属−载体相互作用（Electronic Metal-Support Interactions, EMSIs），在Al2O3载体上构筑了功能互补的异核Rh−La双原子位点：Rh位点主导C−C键活化与含碳中间体的转化，La位点负责水的解离活化与羟基供给。研究表明，锚定于Al2O3表面的La单原子通过电子转移效应有效稳定邻近的Rh单原子，精准构筑出结构明确的Rh−La双原子对。这种电子相互作用同时显著提升了催化剂的水活化能力，使关键中间步骤水煤气变换反应由能垒较高的氧化还原路径切换为羧基介导的低能垒路径，促使下游CO转化速率与上游C−C键断裂速率实现精确动力学匹配。该催化剂在450 oC下产氢速率高达80.5 L g-1 h-1，刷新了同类体系的文献最高纪录。该策略可进一步拓展至Pd−La、Pt−La和Ir−La等体系，显示出良好的普适性。
图. Rh-La异核双原子对增强乙醇蒸汽重整制氢
该研究工作从动力学匹配的新视角阐明了异核双原子位点调控复杂多步反应网络的作用机制，为通过原子尺度电子调控实现反应路径的定向控制提供了清晰范式。研究成果已为中心联合研发的全球首台（套）生物质乙醇重整制氢技术及装备提供了核心催化剂支撑，推动了该技术从实验室走向工业化示范应用。
中国科学院生态环境研究中心刘帝儒博士和赵林硕士（联培）为论文共同第一作者，徐光艳研究员和贺泓院士为论文通讯作者。该研究工作得到了国家自然科学基金（22422609）和中国科学院战略性先导科技专项（XDA0390103）的支持。
论文链接：https://doi.org/10.1002/anie.2800335
大气环境与污染控制实验室
2026年7月31日