浙江工业大学化学工程学院、浙工大莫干山研究院副院长贾毅教授与澳大利亚伍伦贡大学陈俊教授合作，在国际知名期刊Coordination Chemical Reviews（IF=20.3）上发表题为“Electrocatalysis for liquid chemical hydrogen storage”的综述文章。文章从当下的热点问题切入，详细综述了电催化CO₂、N还原、液态有机氢化物（LOHCs）制备H₂储运的液态化学品反应过程中的关键催化剂材料，以及相关电解槽系统的器件设计、开发和优化案例。文章有效地总结了制备液态电化学储氢材料的催化剂的最新研究进展。

图1. 电化学合成H₂储运的液态化学品的途径以及反应器件

摘要：

面对能源短缺和环境恶化带来的挑战，氢能在实现当今全球能源可持续发展方面具有巨大潜力。虽然氢能作为直接能源载体具有各种优点，但其大规模储存和运输仍然是主要的技术障碍。电催化合成的液态化学品的储氢能力具有显著的优势，为了加快反应速度和提高这些液态化学品的储氢能力，设计新型高效的电催化剂以及高性能的电解槽系统至关重要。本文综述了电催化制备甲醇、甲酸、液氨、甲苯/甲基环己烷循环等储氢液态化学品反应过程中的关键催化剂。此外，还讨论了电解槽系统的新设计，包括电极疏水性优化和流场设计。

文章思维导图：

图2. 文章思维导图

背景：

进入21世纪，化石燃料的大量使用导致了严重的能源危机和环境污染，对当今和未来的全球的能源可持续性发展造成了重大挑战。当务之急是建立可再生、生态友好和具有成本效益的能源技术，作为化石燃料的延伸替代。在各种绿色能源的竞争者中，氢一直备受关注，氢能是一种最佳的替代可再生能源，它可以不受自然或地理条件的限制的获取，而且具有非常高的储能能力，密度为142 MJ kg^-1，低/无碳排放，高的燃烧效率，使氢能成为一种明确的清洁和环保能源。工业副产物氢气的利用在绿色化学领域具有重要意义，它不仅有助于减少生产过程中的废物排放，而且通过与风能、太阳能和潮汐能等可再生能源的结合，为能源储存提供了一种高效、清洁的解决方案。这种耦合方法可以在发电和电网两个层面实现长期的能量调节，有效地优化电网负荷，提高能源利用效率。此外，氢作为能源载体，具有能量密度高、响应快的特点，为电网提供了必要的灵活性。因此，工业副产物氢气的利用不仅促进了化学工业的可持续发展，而且为构建更加稳定和高效的能源系统提供了强有力的支持。氢能具有巨大的潜力，可以加速新型发电设施和运输设备的扩散。

亮点：

1、 电化学合成H₂储运的液态化学品的路径选择，包括电催化CO₂还原、N还原、液态有机氢化物(LOHCs)体系，还原的液态储H₂产物分别为甲醇、甲酸、液氨，LOHCs体系中的甲苯/甲基环己烷循环。

2、 电催化合成液态储氢化学品反应过程中的关键催化剂材料的设计，配位环境的协调作用对其液态产物的影响。

3、 涉及到的相关反应的电解槽系统关键器件的设计与改进。

本文要点：

一、 催化剂材料

液态储氢催化剂的设计通过界面工程（异质结、合金化）、缺陷调控（空位、掺杂）、微环境优化（亲疏水梯度、限域效应）、原子级分散策略（单原子催化剂）、分子级精准设计（金属有机框架）等多维度调控策略，精准调控活性位点的电子结构与反应路径，突破传统催化性能瓶颈。

1、 电催化CO₂还原甲酸、甲醇，N（硝酸根/亚硝酸根）还原液氨

ECO₂RR过程涉及多电子转移，EN₂RR过程涉及复杂的电子转移和化学键的断裂与形成，催化剂的活性和选择性主要由CO₂、N₂、硝酸根/亚硝酸根的吸附、活化和转化能力决定。文章综述了电催化还原过程的关键催化剂的合成策略，例如图3。

图3. 电催化CO₂还原制备甲酸/甲酸盐的催化剂。（a-c. 参考文献 [1] 经许可转载，版权所有 2021 Springer Nature；d-i. 参考文献 [2] 经许可转载，版权所有 2021 Springer Nature；j-l. 参考文献 [3] 经许可转载，版权所有 2021 John Wiley and Sons。）

2、 电催化液态有机氢化物

催化剂的活性和选择性主要由其对甲苯的吸附、活化能力和对中间体的调控能力决定。催化剂通过调节电子结构和活性位点，提高了甲苯/甲基环己烷的转化效率，为了加速电催化过程，设计具有高的阴极选择性和活性的电催化剂是至关重要的，如图4。

图4. 电催化TL/MCH的阴极催化剂。（a-d. 参考文献 [4] 经许可转载，版权所有 2018 Springer Nature；e-k. 参考文献 [5] 经许可转载，版权所有 2019 American Chemical Society。）

二、 器件的设计与改进

电催化反应效率和选择性不仅取决于催化剂，还受到电解槽设计的影响。文章从电极的亲疏水性优化和流场设计两个方面，探讨了器件设计对电催化性能的影响。

1. 电极的亲疏水性优化

界面工程（例如，疏水性）以揭示充足的三相边界，其促进质子、电子和二氧化碳分子之间的平衡转移速率，确保在这些界面处的有效和同步的相互作用。疏水性电极可以减轻CO₂的传质限制，从而促进CO₂（气体）、H₂O（液体）和催化剂（固体）之间的有效三相接触，能够将高浓度气相CO₂分子直接输送到催化剂表面，以增强CO₂RR的性能，同时通过较高的CO₂和较低的H⁺表面浓度显著抑制HER反应。

图5. 电极的亲疏水性调节。（a-d. 参考文献 [6] 经许可转载，版权所有 2021 Elsevier；e-k. 参考文献 [7] 经许可转载，版权所有 2021 Springer Nature。）

2. 流场设计

常见的流场设计包括蛇形流道、平行流道、针状流道等。流场设计通过影响反应物的传输和产物的移除，影响反应的效率和选择性。优化的流场设计可以提高反应物的传输效率，降低产物的抑制效应，提高反应的选择性和稳定性。

图6. 电解槽的流场设计。（参考文献 [8] 经许可转载，版权所有 2021 Elsevier。）

总结与展望：

文章从催化剂材料和器件设计两个方面着手，深入探讨了“液态电化学储氢”的最新进展。详细的讨论了电催化反应过程中的关键催化剂，助力研究人员选择最佳的催化剂材料，实现大规模应用。

催化剂材料的合成策略将更加注重结构的精确调控和电子性质的优化，以实现更高的催化效率和选择性。器件设计将更加注重反应物的传输和产物的移除，以提高反应的效率和选择性。尽管电化学反应机制已经进行了深入研究，但反应动力学、中间体的形成和转化过程仍需进一步探索，以优化催化剂和反应条件。未来需发展经济环保可持续制备工艺，实现催化剂大规模生产应用，加速绿氢规模化应用。

作者介绍

贾毅：2013年于澳大利亚昆士兰大学获得材料工程博士学位，现为浙江工业大学教授，博士生导师，国家级青年领军人才，浙江省特聘专家，莫干山国际绿色氢能协同创新中心主任。长期在国内外高校和海外企业从事氢电转换材料和膜电极器件的研究及产业化，其先后主持/参与澳大利亚基金委探索青年研究员（DECRA）、澳大利亚基金委探索项目、国家海外优青、浙江省海外引才计划等科研项目10多项。于国际期刊上发表100多篇重要论文著作，ESI高被引用论文20余篇, Google scholar引用14000余次，H-Index为57，入选科睿唯安“全球高被引科学家”。做国际会议学术报告50余次，作为分会主席、组委会成员等。

组织国际学术会议10余次，担任国家科学进展期刊编委等。

陈俊：教授，现任澳大利亚伍伦贡大学智能聚合物研究所（IPRI）的副所长(Deputy Director)，英国皇家化学学会的会士 (Fellow of The Royal Society of Chemistry (FRSC))。主要研究方向包括：电活性材料、生物/电界面、微纳米材料、2D/3D打印技术及可穿戴电子设备设计开发。陈俊教授目前已在Nature Chemistry, Nature Catalysis, Nature Communications, Chemical Society Review, JACS, Angew. Chem. Int. Ed., Advanced Materials, Joule, Chem,和Materials Today等期刊发表论文300余篇，h指数为95 （Google Scholar）。且先后6次 (2018-2024) 被Clarivate/Web of Science评为交叉领域的全球高被引学者。

原文标题：Electrocatalysis for liquid chemical hydrogen storage.

全文链接：https://doi.org/10.1016/j.ccr.2025.216562。

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