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

中國科學院金屬研究所團隊在電催化甘油氧化技術上取得重大突破，通過在反應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），為生物質資源高效利用和綠色氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了關鍵技術支撐。

技術突破：銅離子構筑 "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)物廣泛應用于醫(yī)藥、食品、化妝品等領域。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，導致產(chǎn)物選擇性驟降。

中國科學院金屬研究所太陽能與氫能材料研究團隊在劉崗研究員的帶領下，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)保護層。這種機制如同為催化劑穿上 "自我修復的鎧甲"，有效維持了 Co?O?等過渡金屬氧化物的晶體結構完整性，抑制了高電流密度下的非晶化進程。

性能飛躍：工業(yè)級放大驗證

實驗數(shù)據(jù)顯示，該技術在工業(yè)標準條件下（800 mA/cm²）展現(xiàn)出卓越性能：

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

?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，還可擴展至 5 - 羥甲基糠醛等多種生物質電氧化反應，為綠色化學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。該技術可將其轉化為高附加值化學品，預計每噸甘油可創(chuàng)造超 2000 美元的經(jīng)濟效益；

?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，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；

?引領綠色化工新方向：該工藝無需有毒試劑，反應條件溫和，符合歐盟 REACH 法規(guī)要求，為化工行業(yè)低碳轉型提供了技術標桿。

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控策略，成功解決了電催化領域長期存在的穩(wěn)定性難題，為工業(yè)級電化學反應器設計提供了全新思路"。中國工程院院士李靜海評價道，"該技術將生物質轉化與氫能制備相結合，為實現(xiàn) ' 雙碳 ' 目標提供了極具競爭力的解決方案"。

目前，研究團隊已與國內多家生物能源企業(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。這一成果標志著我國在生物質電催化領域從實驗室研究向產(chǎn)業(yè)化應用邁出了關鍵一步。

備注：數(shù)據(jù)僅供參考，不作為投資依據(jù)。