氢能，被誉为未来清洁能源的“明星”，正引领全球能源转型的浪潮。然而，一个巨大的瓶颈阻碍着它的广泛应用：我们手上有大量现成“粗氢”，却难以高效、低成本地提纯和储存。近日，国际顶级学术期刊《自然·能源》（Nature Energy）在线发表了我校化学系、未来能源高等研究院包信和院士、朱义峰青年研究员与北京大学化学与分子工程学院马丁教授团队合作的研究论文。该论文题为“A Catalytic Cycle that Enables Crude Hydrogen Separation, Storage and Transportation”（一种实现粗氢分离、储存和运输的催化循环），报道了在氢能领域取得的一项重要突破性研究成果。
该研究针对当前氢能产业链中氢气分离提纯与安全高效储运的核心难题，提出并实现了一种创新的催化循环策略。研究团队利用丁内酯-丁二醇之间的高效可逆转化，成功实现了对工业粗氢以及含氢弛放气（工业生产中含氢的尾气）中氢气的一步高效分离与化学储存。这一突破为解决能源社会转型中氢能利用的关键瓶颈问题提供了创新性的解决方案。
研究成果的核心在于设计开发了一种具有独特“反相”结构的铜基催化剂。该催化剂展现出极高的选择性，能够精准识别并活化粗氢气中的氢气分子进行反应，同时有效抑制气氛中常见杂质分子的干扰。基于此，研究人员成功地将粗氢中的氢气直接转化并储存于液态有机分子——丁二醇中。当需要纯净氢气时（例如为燃料电池汽车加氢），只需对该“液态储氢载体”进行温和的催化脱氢反应，即可释放出高纯度（完全不含CO和CO2等杂质）、满足严苛使用要求的氢气。
此项成果迅速获得了国际学术界的高度关注与积极评价。7月21日，美国《科学》（Science）杂志在其新闻栏目对该研究进行了专题报道。报道指出，几十年来，工业界一直宣扬氢气作为绿色燃料的潜力。虽然利用可再生能源电力将水分解为氢气和氧气能够实现清洁制氢，但这一过程成本依然过高。目前，每年约1亿吨氢气几乎全部来自化石燃料，由于储存和运输成本高昂，大部分氢气只能在生产地附近就地消耗。该研究提出，通过有机液体储氢体技术可有效解决氢气储运难题，更重要的是，所开发的廉价催化剂有望显著提升全球对高成本绿色燃料的可及性，为氢能产业的发展提供新的突破口。国际储氢领域权威专家、德国埃尔朗根-纽伦堡大学、Hydrogenious公司创始人之一Peter Wasserscheid教授进一步评价道：“这项成果是向前迈出的重要一步，为显著降低氢气生产成本铺平了道路。”美国阿贡国家实验室的储氢专家Rajeev Assary博士也指出，该技术“具有规模化的巨大潜力”。此外，该成果也受到了《光明日报》、《中国科学报》、《上海科技报》等国内主流媒体的广泛报道。
精准调控催化性能和反应流程，实现粗氢分离与储存一体化
本研究得到了科技部国家重点研发计划、国家自然科学基金、上海市科委自然科学基金、中央高校基础研究基金、新基石科学基金会科学探索奖和上海同步辐射光源的支持。
论文链接：https://doi.org/10.1038/s41560-025-01806-9
