近日，kaiyun官网入口化学与化工学院前沿化学研究院邓伟侨教授团队在高效甲酸盐–盐穴储氢领域取得突破。相关成果以“Highly Efficient Au1Pd Single-Atom Alloy Catalyzing Reversible Formate/Bicarbonate Interconversion: Proof-of-Concept for Formate-Salt Cavern Hydrogen Storage”为题，发表在国际顶级期刊《德国应用化学》（Angewandte Chemie International Edition）上。kaiyun官网入口博士研究生慈秀芹为论文第一作者，邓伟侨教授和任国庆副教授为论文共同通讯作者，kaiyun官网入口为唯一完成单位。

氢能凭借高能量密度和零碳排放特性，被视为实现碳中和目标的关键能源载体，然而高效、安全、经济的大规模储氢技术仍是制约其规模化应用的重要瓶颈。现有主流物理储氢方案普遍存在能耗高、安全隐患大等问题。近年来，基于甲酸盐/碳酸氢盐可逆循环（HCO₃⁻ + H₂ ↔ HCOO⁻ + H₂O）的化学储氢路线因其操作条件温和、安全性好、放氢产物为高纯氢等优势而备受关注。与此同时，盐穴以其成本低、容量大、密封性能好、结构长期稳定等突出优势，被视为大规模储氢的理想地质载体。然而，由于缺乏能够在温和条件下高效驱动甲酸盐/碳酸氢盐双向转化的催化剂，将化学储氢载体与盐穴地质储存相结合的“甲酸盐–盐穴储氢系统”未能实现。

针对上述挑战，团队设计出一种胺修饰活性炭负载的Au₁Pd单原子合金（Single-Atom Alloy, SAA）催化剂Au₁Pd₂₀/AC-NH，其中 Au 以孤立单原子形式分散于 Pd 纳米簇表面（平均粒径 1.30 nm）（如图1），在近环境条件下实现甲酸盐/碳酸氢盐双向反应的高效转化：80 ℃、常压下甲酸盐脱氢的初始转化频率（TOF）高达4568 h⁻¹；30 ℃、常压、1.5 M KHCO₃ 条件下碳酸氢盐加氢的 TOF 高达 77 h⁻¹。与单金属Pd催化剂相比，痕量Au的引入使脱氢初始活性提升45%、加氢活性提升34%。机理研究表明，优异的催化性能主要源于独特的Au₁Pd单原子合金效应与载体表面-NH-基团的协同作用，其中电子富集的Pd位点促进H₂解离，具有路易斯酸性的孤立Au位点强化甲酸盐/碳酸氢根的吸附与活化，二者共同加速了反应中间体的生成与转化。

图1 Au₁Pd₂₀/AC-NH SAA催化剂结构

基于上述高效催化剂，研究团队进一步提出“甲酸盐–盐穴储氢系统”（如图2）并完成了概念验证实验，这是首个将可逆甲酸盐储氢与盐穴地质储存相结合并完成概念验证（proof-of-concept）的研究。“甲酸盐–盐穴储氢系统”通过碳酸氢盐加氢生成甲酸盐，并将其注入盐穴中实现氢能长周期、跨季节储存；需要用氢时再将溶液抽出，经催化脱氢过程按需释放氢气，形成“化学储存—按需供氢”的闭环运行模式。在模拟“甲酸盐–盐穴储氢系统”的概念验证实验中，经五次连续循环测试，系统储放氢效率（放出的氢/存入的氢）均稳定保持在约97%，且催化剂在循环后结构与粒径保持完好，展现了该体系优异的稳定性与可循环性。这一新的储氢模式为大规模氢储存系统的构建提供了概念验证与可行技术路线。

图2 “甲酸盐–盐穴储氢系统”原理示意图

上述甲酸盐–盐穴储氢工作，延续了邓伟侨教授团队在碳中和化学领域“常温、低能耗催化转化”的一贯主线。2025 年，团队在《自然·通讯》（Nature Communications）连续发表两项突破：其一，提出钴基机械催化剂，以机械化学（球磨）方式在常温常压下实现绿氨的连续高效合成。（Nat. Commun. 2025, 16, 7887）；其二，设计锚定于共价三嗪框架（CTF）的硫桥联钼双原子催化剂（Mo–S–Mo/CTF），在 30 ℃、0.9 MPa 近常温条件下以 96% 选择性实现 CO₂加氢制绿色甲醇（Nat. Commun. 2025, 16, 7876）。

上述研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、泰山学者项目、山东省自然科学基金以及kaiyun官网入口青年学者未来计划等项目资助。