在清潔能源轉(zhuǎn)型的浪潮中，氫能因其燃燒零碳排放的特性被視為未來能源體系的核心載體。然而，當(dāng)前全球約95%的氫氣仍依賴化石燃料制備，伴隨大量二氧化碳排放，這與碳中和目標(biāo)背道而馳。如何以低成本、高效率且環(huán)境友好的方式實(shí)現(xiàn)“綠氫”生產(chǎn)，成為化學(xué)與材料科學(xué)領(lǐng)域亟待攻克的難題。近日，日本九州大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)在《通訊：化學(xué)》（Communications Chemistry）期刊發(fā)表成果，提出了一種利用鐵離子、氫氧化鈉與紫外光從甲醇中高效制取氫氣的創(chuàng)新方案，為行業(yè)帶來了新的技術(shù)范式。

該研究由櫻井雅也（Masaya Sakurai）和松本孝弘（Takahiro Matsumoto）等學(xué)者主導(dǎo)。傳統(tǒng)甲醇脫氫制氫工藝通常依賴稀有金屬（如鉑、鈀等）構(gòu)成的有機(jī)金屬配合物作為催化劑，不僅成本高昂，且制備工藝復(fù)雜。研究團(tuán)隊(duì)在探索鐵基催化劑的過程中，意外發(fā)現(xiàn)將甲醇、氫氧化鈉與鐵離子混合后，僅需施加紫外光照射，即可觸發(fā)高效的脫氫反應(yīng)。這一發(fā)現(xiàn)起初令團(tuán)隊(duì)難以置信，但經(jīng)過反復(fù)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，確認(rèn)了該體系的穩(wěn)定性與高效性。

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，該新系統(tǒng)的產(chǎn)氫速率高達(dá)921毫摩爾/小時(shí)/克催化劑，這一數(shù)值與目前報(bào)道的有機(jī)金屬或異相催化系統(tǒng)相當(dāng)，卻大幅降低了貴金屬依賴。更令人振奮的是，該技術(shù)不僅適用于甲醇，還能拓展至乙醇等其他醇類，甚至能處理葡萄糖、淀粉和纖維素等生物質(zhì)原料。這意味著未來可利用農(nóng)業(yè)廢棄物或工業(yè)生物質(zhì)副產(chǎn)物作為原料，結(jié)合廉價(jià)的光能，實(shí)現(xiàn)氫能的可持續(xù)生產(chǎn)。

從技術(shù)原理來看，該體系利用紫外光激發(fā)鐵離子活性，在堿性環(huán)境下（氫氧化鈉提供）促進(jìn)醇類分子的C-H鍵斷裂，釋放氫氣。這種光催化機(jī)制巧妙地將太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，避免了傳統(tǒng)熱催化所需的高溫高壓條件。對(duì)于西班牙及拉丁美洲等擁有豐富農(nóng)業(yè)資源與光照條件的地區(qū)而言，該技術(shù)若實(shí)現(xiàn)工業(yè)化，有望將生物質(zhì)廢棄物轉(zhuǎn)化為高附加值能源，推動(dòng)當(dāng)?shù)鼐G色化工產(chǎn)業(yè)升級(jí)。

對(duì)于中國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)而言，這一突破提供了重要的技術(shù)啟示。我國(guó)在光伏制造與生物質(zhì)資源利用方面具備的規(guī)模優(yōu)勢(shì)，若能結(jié)合此類低成本光催化技術(shù)，有望構(gòu)建“光伏-生物質(zhì)-綠氫”的協(xié)同產(chǎn)業(yè)鏈，進(jìn)一步降低制氫成本，加速氫能交通與儲(chǔ)能領(lǐng)域的商業(yè)化進(jìn)程。未來，隨著催化劑壽命優(yōu)化與反應(yīng)系統(tǒng)放大，這一“鐵基光催化”路線或?qū)⒊蔀榫G色氫能經(jīng)濟(jì)的關(guān)鍵拼圖。