微量銅離子立大功！中科院用 "銅離子魔法" 激活甘油氧化，助力綠氫降本

中國科學(xué)院金屬研究所團(tuán)隊在電催化甘油氧化技術(shù)上取得重大突破，通過在反應(yīng)液中引入微量銅離子，成功解決了工業(yè)級大電流密度下催化劑失效的國際性難題。這一成果于 10 月 21 日發(fā)表在國際頂級期刊《自然 - 可持續(xù)發(fā)展》上（DOI: 10.1038/s41893-025-01653-2），為生物質(zhì)資源高效利用和綠色氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了關(guān)鍵技術(shù)支撐。

技術(shù)突破：銅離子構(gòu)筑 "動態(tài)鎧甲"

甘油是生物柴油生產(chǎn)的主要副產(chǎn)物，其氧化產(chǎn)物廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、食品、化妝品等領(lǐng)域。傳統(tǒng)熱催化工藝需依賴高溫高壓和有毒氧化劑，而電催化技術(shù)雖以水為氧化劑、綠色電能為能源，但在工業(yè)級電流密度（>500 mA/cm²）下，鈷、鎳等常用催化劑易發(fā)生表面非晶化，導(dǎo)致產(chǎn)物選擇性驟降。

中國科學(xué)院金屬研究所太陽能與氫能材料研究團(tuán)隊在劉崗研究員的帶領(lǐng)下，創(chuàng)新性地提出Cu²?摻雜策略。通過在電解液中添加僅為反應(yīng)物濃度 1% 的銅離子，利用 Cu²?/Cu?的可逆氧化還原特性，在催化劑表面形成動態(tài)保護(hù)層。這種機(jī)制如同為催化劑穿上 "自我修復(fù)的鎧甲"，有效維持了 Co?O?等過渡金屬氧化物的晶體結(jié)構(gòu)完整性，抑制了高電流密度下的非晶化進(jìn)程。

性能飛躍：工業(yè)級放大驗證

實驗數(shù)據(jù)顯示，該技術(shù)在工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)條件下（800 mA/cm²）展現(xiàn)出卓越性能：

?產(chǎn)物效率顯著提升：目標(biāo)產(chǎn)物甲酸的法拉第效率從 62.2% 躍升至 99.3%，達(dá)到國際領(lǐng)先水平；

?規(guī)?；a(chǎn)潛力凸顯：在 6×6 cm² 電極的放大測試中，每小時可生成 13.2 克氧化產(chǎn)物，連續(xù)穩(wěn)定運行超過 100 小時，且催化劑活性衰減率低于 5%；

?工藝普適性優(yōu)異：該策略不僅適用于鎳基材料等過渡金屬氧化物體系，還可擴(kuò)展至 5 - 羥甲基糠醛等多種生物質(zhì)電氧化反應(yīng)，為綠色化學(xué)合成提供了通用解決方案。

產(chǎn)業(yè)價值：開啟資源循環(huán)新范式

?推動生物柴油產(chǎn)業(yè)升級：作為生物柴油副產(chǎn)物，全球每年約產(chǎn)生 1000 萬噸甘油。該技術(shù)可將其轉(zhuǎn)化為高附加值化學(xué)品，預(yù)計每噸甘油可創(chuàng)造超 2000 美元的經(jīng)濟(jì)效益；

?助力綠氫產(chǎn)業(yè)降本增效：通過替代電解水制氫中的高能耗析氧反應(yīng)，可降低系統(tǒng)能耗約 16%，使綠氫生產(chǎn)成本下降至 2 美元 / 公斤以下；

?引領(lǐng)綠色化工新方向：該工藝無需有毒試劑，反應(yīng)條件溫和，符合歐盟 REACH 法規(guī)要求，為化工行業(yè)低碳轉(zhuǎn)型提供了技術(shù)標(biāo)桿。

專家評價：開辟電催化新路徑

《自然 - 可持續(xù)發(fā)展》審稿人指出，"這項工作通過簡單的電解液調(diào)控策略，成功解決了電催化領(lǐng)域長期存在的穩(wěn)定性難題，為工業(yè)級電化學(xué)反應(yīng)器設(shè)計提供了全新思路"。中國工程院院士李靜海評價道，"該技術(shù)將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化與氫能制備相結(jié)合，為實現(xiàn) ' 雙碳 ' 目標(biāo)提供了極具競爭力的解決方案"。

目前，研究團(tuán)隊已與國內(nèi)多家生物能源企業(yè)展開合作，計劃在 2026 年前建成年產(chǎn)千噸級的中試生產(chǎn)線。這一成果標(biāo)志著我國在生物質(zhì)電催化領(lǐng)域從實驗室研究向產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用邁出了關(guān)鍵一步。

備注：數(shù)據(jù)僅供參考，不作為投資依據(jù)。