近日，我校化工学院张超副教授，吕志果教授团队在甲烷重整、催化析氢领域取得系列进展。相关成果分别发表于Chemical Engineering Journal(2篇)、Journal of Colloid and Interface Science(2篇)、Fuel(2篇)等国际知名期刊。

在CH₄-CO₂重整领域，硕士研究生高永生提出一种疏水驱动策略，成功制得活性位高分散的PtNi合金@Zr掺杂3D空心花状MgAl₂O₄微球催化剂（Zr-PtNi@AMO）。550°C催化反应30小时，Zr-PtNi@AMO的CH₄和CO₂转化率未明显下降，表现出优异的抗烧结和抗积碳性能。研究发现催化剂独特的抗积碳性能归因于Zr掺杂引入的氧空位，提高了氧的迁移能力，抑制了积碳的生成。此外，Zr掺杂还能够增加碱性活性位点，从而增强对CO₂的吸附与活化能力，加速碳物种的转化。此外，研究发现CH氧化路径的有效能垒比C氧化路径低1.01 eV，这也有助于抑制积碳的形成（Journal of Colloid and Interface Science(2025), doi: https://doi.org/10.1016/j.jcis.2025.01.101）。

甲烷重整领域的研究工作

在光催化析氢领域，博士研究生张德鲁采用液滴微反应器-阳离子交换策略，将Rh分级结构（RhHS）和Rh纳米簇（RhNCs）负载于雪花状CdZnS（CZS）结构上。RhHS/RhNCs/CZS在光催化析氢反应中的析氢效率为926.0 μmol h⁻¹ g⁻¹，相较于CZS和CdS分别提升了5.9倍和10.5倍（Chemical Engineering Journal499 2024 156123）。张德鲁博士还通过Pt-N₃键将Pt活性位点锚定在具有缺陷的g-C₃N_5-x-O上，制得的Pt SAs/g-C₃N_5-x-O在光催化析氢中表现出卓越的析氢效率（1809.2 μmol/h·g⁻¹），分别为原始g-C₃N₅、Pt NPs/g-C₃N_5-x-O和Pt SAs/g-C₃N₅的119.0倍、2.7倍和3.29倍。密度泛函理论（DFT）计算揭示了Pt到N的电子转移路径，并在g-C₃N_5-x-O中N原子周围形成电子富集区域。这一特性不仅极大地加速了电荷分离，还显著降低了H*生成的能垒（|ΔGₕ*| = 0.18 eV）（Chemical Engineering Journal505，2025，159567）。此外，课题组在原子尺度上将单原子铑（Rh₁）成功锚定于中空微花状MoS₂/富硫空位CdZnS（CZS-SVs）上，从而显著提升了H₂的产率。密度泛函理论（DFT）计算表明，在MoS₂/CZS-SVs上引入铑单原子位点能够显著促进电子转移，从而将H*中间体转化为H₂。此外，原位拉曼分析进一步证实了铑和硫的双质子还原活性位点的存在。（Journal of Colloid and Interface Science(2025), doi: https://doi.org/ 10.1016/j.jcis.2025.01.104）。

光催化析氢领域的研究工作

在电催化析氢领域，硕士研究生刘倩将Pt单原子（Pt SAs）和Mo原子整合到PtNi/C中，成功合成了Pt单原子/Mo掺杂PtNi八面体/碳载体催化剂（Pt SAs/Mo-PtNi/C）。研究发现，Mo原子被掺入PtNi合金八面体结构中并置换部分Pt原子，形成Mo-PtNi八面体。并且，被置换的Pt原子能够附着于碳基底表面，形成Pt单原子（Fuel 381 (2025) 133356）。硕士研究生蒋璐璐提出一种简单的一体化自组装方法，成功合成了核壳结构PtNi合金@Ni(OH)₂薄膜电催化剂（PtNi@Ni(OH)₂）。在PtNi@Ni(OH)₂中，核壳结构的PtNi合金纳米颗粒均匀分布于Ni(OH)₂薄膜上。由于PtNi合金与Ni(OH)₂之间显著的协同作用，所制备的PtNi@Ni(OH)₂在仅9 mV的极低过电位下即可实现10 mA cm⁻²的HER电流密度。（Fuel 380 (2025) 133088）。

电催化析氢领域的研究工作

以上工作得到了国家自然科学基金、山东省自然科学基金和我校高层次人才启动基金的资助。