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導讀
近日，2025年度中國石油和化學工業聯合會科學技術獎獲獎名單正式公布。由清華大學化學系副教授段昊泓作為第一完成人，清華大學作為第一完成單位，聯合北京化工大學、衢州資源化工創新研究院共同完成的“電解水制氫耦合催化氧化的科學基礎”項目獲得科技進步獎一等獎。
發展清潔高效的氫能技術是國家重大戰略需求。然而，傳統電解水制氫技術長期面臨能耗高、成本高以及存在氫氣與氧氣混合潛在安全風險等挑戰。為破解這些難題，項目組創造性地提出并系統構建了“電解水制氫耦合催化氧化”的全新科學體系和技術路徑。
圖1.項目組提出并系統發展的“電解水制氫耦合催化氧化”創新策略
項目通過深入的基礎研究，成功破解了兩類關鍵科學問題：一是建立了電解水制氫耦合20種以上有機分子氧化的反應新體系；二是創制了系列高性能電催化劑，并闡明了其構效關系。基于這些科學突破，項目取得了顯著成效：與傳統電解水制氫相比，新體系制氫能耗最高降低達56%，制氫速率最高提升39倍，同時可穩定產出純度超過99.99%的高純氫氣。更加重要的是，該過程在陰極產氫的同時，陽極能高效、高選擇性地將有機分子轉化為醛、酮、羧酸等高附加值化學品，通過產品增值大幅攤薄了制氫成本，并從源頭上消除了氫氧混合爆炸風險，實現了本質安全。
圖2.項目組構建的連續流反應器和首套20千瓦反應裝置
在工程化方面，項目團隊成功攻克了反應規模放大的技術瓶頸，通過強化傳質過程和創新設計連續流反應器，構建了國際首套20千瓦級電化學微化工平臺系統。該技術成功實現了年產噸級陽極化學品與年產五千標準立方米氫氣的聯產工藝示范。技術經濟分析表明，這一創新工藝可將產氫成本降至與當前主流的煤制氫成本相當，展現出巨大的產業化潛力和經濟性。
項目成果已通過中國石油和化學工業聯合會組織的科技成果評價及中國化工學會組織的科技成果鑒定，被遴選為國家重點研發計劃“十四五”催化科學專項的標志性成果之一，實現了電解反應工藝的重大創新。
來源：清華大學
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