北京大学马丁/浙江工业大学林丽利，最新Nature子刊！

摘要：利用液态有机氢载体（LOHCs）“粗氢加氢-脱氢制纯氢”策略可以降低成本，缩短氢的净化利用过程。其中，解决原油氢气（H2）中一氧化碳（CO）杂质对催化剂的毒害是关键问题。

成果简介

利用液态有机氢载体（LOHCs）“粗氢加氢-脱氢制纯氢”策略可以降低成本，缩短氢的净化利用过程。其中，解决原油氢气（H2）中一氧化碳（CO）杂质对催化剂的毒害是关键问题。

基于此，北京大学马丁教授、浙江工业大学林丽利教授和内蒙古大学高瑞研究员（共同通讯作者）等人报道了一种Pd/α-MoC催化剂，其可以耐受CO浓度高达30 vol%的粗H2，并催化N-杂环化合物（如喹啉，2-(6)-(Di)甲基吡啶）的耐CO加氢，使粗H2能够在150 ℃以下的Hx-LOHCs中储存。测试发现，Pd/α-MoC催化剂在低于150 °C的粗氢（CO浓度为50 vol%）下高效加氢N-LOHCs，且活性比传统的Pd基催化剂高1-2个数量级。

结合反应实验、催化剂表征和密度泛函理论（DFT）计算，论证了Pd/α-MoC的抗CO加氢机理。α-MoC载体调控的高度分散的Pd在CO存在的条件下能够活化H2，同时H2O溶剂通过水气转换（WGS）反应（CO + H2O→CO2 + H2）去除吸附在Pd上的CO，大大提高了加氢性能。此外，同位素实验证实，WGS在Pd/α-MoC催化剂上生成的H*直接参与了喹啉的抗CO加氢反应，而H*-Pd生成H2的生成能较高，保证了H物种以活性Had的形式存在，而不是释放H2。本研究成果有望为利用原油H2的新型储氢和运输系统提供启示。

图1.氢气纯化和储存的传统和新型路线图

相关工作以《CO-resistant hydrogenation over noble metal/α-MoC catalyst》为题发表在2025年5月5日最新一期《Nature Communications》上。

马丁，北京大学化学与分子工程学院教授、博士生导师。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。2009—至今，北京大学化学与分子工程学院教授。研究兴趣：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。

课题组主页：www.chem.pku.edu.cn/mading.

林丽利，浙江工业大学化学与工程学院副院长，教授、博士生导师。2012年本科毕业于大连理工大学，2017年博士毕业于北京大学，2017-2019年在美国布鲁克海文国家实验室从事博士后研究，2019年至今担任浙江工业大学化学工程学院教授。研究方向：醇氢绿色能源催化；光催化生物质转化；CO2加氢。主要从事低温高效CO2加氢、重整制氢、原位取氢-高选择性加氢制备高值化学品的多相催化剂设计、催化机理和构效关系研究

图文解读

作者研究了喹啉在3%Pd/α-MoC、3%Pt/α-MoC和3%Pd/CeO2上的金属正一化加氢活性。在纯H2中，活性顺序为Pd/α-MoC

图2.不同条件下喹啉的加氢性能

图3. 3%Pd/α-MoC催化剂的结构表征

图4.不同进料气氛下的同位素TPR实验

Pt/α-MoC具有最高的WGS活性，其在纯H2中的加氢活性也高于Pd/α-MoC，但最好的抗CO加氢催化剂是Pd/α-MoC，表明抗CO加氢并不等同于WGS反应偶联加氢。在低温长时间下的反应中，观察到CO浓度没有降低，主要是由于氢的消耗而THQ产率增加。5%CO/H2的动力学同位素效应比纯H2更强，5%CO/H2反应中氘化THQ的比例也更高，表明H2O的解离是CO气氛下生成的活性H*参与喹啉加氢反应的必要步骤。根据密度泛函理论（DFT）计算，Pd原子上H*的结合能为1.19 eV，比Pt高约0.18 eV，特别是Pd1/α-MoC上的H2生成势垒为1.37 eV，比Pt1/α-MoC上的H2生成势垒高约0.39 eV。因此，Pt/α-MoC具有更好的WGS活性，但Pd/α-MoC催化剂的抗CO加氢性能优于Pt/α-MoC催化剂。