yyds！北京大学「国家杰青」团队，连发2篇Nature/Science！

近日，北京大学马丁教授团队与合作者连发2篇Nature/Science论文。

马丁周武在Nature发文:实现高效氢能生产

2025年2月12日，北京大学马丁教授、中国科学院大学周武教授为联合通讯作者在全球顶级学术期刊《Nature》发表了题为“ Shielding Pt/γ-Mo 2N by inert nano-overlays enables stable H 2 production”的研究论文。北京大学为第一完成单位。北京大学博士后高子睿，中国科学院大学已毕业博士生李傲雯，北京大学访问学者刘兴武，北京大学特聘副研究员彭觅以及博士研究生于士翔为该论文的共同第一作者。

该研究聚焦催化剂稳定性，延续了马丁教授此前在甲醇和水重整制氢方面的研究，创新性地引入稀土元素对催化剂进行改造，开发出了一种全新且泛用的高活性产氢催化剂稳定策略。研究发现，当稀土元素存在于催化剂表面并保护住催化剂的“非界面活性位”时，催化剂的寿命得到了大幅提升。具体而言，催化剂中每个Pt原子可以产生1500万个氢分子，这一“转换数”整整超过了此前报道的最高记录一个数量级。这一历史性突破为高效、稳定的制氢技术提供了全新思路。

这项研究突破了催化科学中的稳定性瓶颈，首次在不降低活性的前提下，实现了高稳定性的界面催化剂设计，为贵金属催化剂的低成本、高稳定性应用提供了可行方案，预计未来将在绿色能源、氢燃料电池、可持续化学工业等领域发挥重要作用，加速迈向零碳排放的未来。

催化技术在现代化学工业中占据核心地位，全球超过80%的工业化学品生产依赖催化过程。作为催化反应的核心，催化剂的活性和选择性决定了反应速率和目标产物的收率，是衡量新型催化剂性能的重要指标。然而，在实际工业应用中，仅具备高活性和高选择性远远不够——催化剂的稳定性直接影响生产的持续性和经济性，是决定其能否真正实现大规模应用的核心因素。

在催化研究中，“高活性与高稳定性难以兼得”一直是科学家面临的核心挑战之一。许多高活性催化剂虽然能大幅提升催化反应效率，但是在反应过程中容易发生结构退化、活性中心流失，最终加速失效。在甲醇-水重整（MSR）产氢这一关键反应体系中，上述问题尤为突出。该团队此前研究发现，贵金属铂、金等和碳化钼（α-MoC）等活性载体构建的界面催化体系，在较低的温度下能够高效制氢，展现出超高活性和选择性（Nature 2017, 544, 80-83；Science 2017, 357, 389-393；Nature 2021, 589, 396-401）。然而，由于这类活性载体在水环境中极易被氧化，催化中心的结构稳定性受到严重制约，最终导致催化剂快速失效，成为限制其工业化应用的主要瓶颈。如何在保持高活性的同时显著提升催化剂的稳定性，成为该领域最具挑战性的核心难题之一。

研究团队针对催化剂稳定性问题，创新性地提出了一种催化稳定策略：在Pt/γ-Mo2N催化剂表面构建惰性稀土氧化物（如La2O3）纳米覆盖层，形成纳米级“保护盾”。这一覆盖层精准覆盖了活性载体表面的冗余位点，有效保护了界面催化结构，在不影响催化活性的前提下显著提升了催化剂的稳定性（图1）。这一创新策略的核心优势在于：有效覆盖γ-Mo2N表面的冗余活性位点，阻止其在水环境中发生深度氧化；不损害催化剂的原有高活性和选择性，确保甲醇-水重整反应高效进行；提高催化剂的抗失活能力，显著延长使用寿命，为长期稳定制氢提供技术保障。

图1：1Pt/γ-Mo2N和1Pt/2La-Mo2N催化剂的结构表征。

实验数据显示，在甲醇重整制氢反应中，该新型Pt/La-Mo2N催化剂展现出超过1000小时的稳定性而未有明显失活（图2）。更令人惊叹的是，该催化剂仍然保持超高活性和选择性，实现了超过1500万的超高催化转化数（TON），创造了甲醇-水制氢催化反应的最高纪录。

图2：Pt/La-Mo2N催化剂与典型贵金属甲醇重整催化剂的催化性能比较。

图3：1Pt/2La-Mo2N催化剂抗失活机理。

研究团队进一步发现，该策略具有良好的普适性，不仅适用于镧（La），还可拓展至其他稀土元素（如Y、Pr、Ho），甚至适用于部分惰性非稀土元素（如Ca、Sr），展现出广泛的适用性（图4），为未来兼具“高活性、高选择性和高稳定性”的高性能高催化剂的设计提供了全新思路。

图4：不同惰性助剂修饰的Pt/γ-Mo2N催化剂的催化性能及抗失活机理比较。

马丁周武等在Science发文零碳制氢技术获得新进展

2025年2月14日，北京大学马丁教授和周继寒研究员，中国科学院大学周武研究员和英国卡迪夫大学Graham J. Hutchings院士 为联合通讯作者在国际顶级学术期刊《Science》发表的题为“Thermal catalytic reforming for hydrogen production with zero CO 2 emission”的研究成果，该研究聚焦于乙醇和水分子重整的零碳排放制氢路径。北京大学为第一完成单位。

科研团队团队开发了一种高效的Pt-Ir/α-MoC界面催化剂，不仅实现了水分子和乙醇分子的同时活化，还成功避免了乙醇分子C-C键的断裂。这意味着，除了目标产物氢气外，反应还能生成高附加值的乙酸，同时整个过程实现了零CO2排放。这一重大成果为零碳排放的工业制氢奠定了坚实的科学基础。

该成果创新性地提出了一个新概念，即精准调控赤霉素到最佳中等水平是同时提高水稻碱-热胁迫耐受性和产量的关键；并发现一个有望成为潜在的“后绿色革命”基因ATT2，它可以微调赤霉素到最佳中等水平，从而进一步同时提高半矮秆绿色革命水稻品种的碱-热耐受性和产量。这些新发现为应对全球气候变化引发的粮食安全问题提供了新的策略，对于盐碱地的开发利用和未来农业的可持续发展具有重要的意义。

图. PtIr/α-MoC催化剂的结构及催化性能

马丁简介

马丁，北京大学化学与分子工程学院教授、博士生导师。先后在四川大学、中国科学院大连化学物理研究所获得学士、博士学位。国家优秀青年基金获得者（2012）、国家杰出青年基金获得者（2017）、教育部长江学者特聘教授（2018）、国家自然科学奖二等奖（第一完成人，2023）等。

研究兴趣：针对能源和环境中的催化问题，在环境友好、资源合理利用的前提下，设计新催化过程，构建新型高效催化剂体系，并结合operando表征手段来解决催化过程中的重要科学问题， 包括：1） C1化学（合成气、二氧化碳、甲烷、甲醇的转化）；2）氢气的催化制备和输运；3 ) 废塑料转化

编辑、审核：大可

版权声明：本文由“TOP大学来了”综合自“北京大学，Nature，Science”，文章转摘只为学术传播，如涉及侵权问题，请联系我们，我们将及时修改或删除。