国家重点研发计划催化科学2022年度项目申报指南意见征求稿发布

本网编辑 2022-02-20

2022年2月8日，科技部发布了《“催化科学”重点专项2022年度项目申报指南（征求意见稿）》。

其中氢能产业方面主要有6个，包括：电解水制氢耦合催化选择氧化、阴离子交换膜电解水制氢研究、光电催化体系的界面精准调控与微观机制、高效加氢处理催化材料及过程研究、低碳烃类加/脱氢催化微区热耦合机制研究和CO2催化加氢高效合成甲醇等。

1、电解水制氢耦合催化选择氧化

研究内容：针对基于可再生能源电解水制氢的阳极析氧反应过电位高、产氧价值低的问题，发展与电催化制氢相匹配的高附加值、高选择性电催化阳极氧化反应。通过耦合有机合成、生物质转化、塑料降解等反应，降低电解水过电位，提升产氢效率，揭示氧化反应和质子还原反应的协同机制；匹配电解反应器中电解液、隔膜等单元，开发完整的小试装置。

考核指标：实现制氢电耗≤4.0 KWh/Nm3H2；在电流密度>500 mA/cm2条件下，阳极选择性氧化FE>90%，阴极制氢FE≥99%，阴极氢气纯度>99.9%；构建功率≥10 kW的电解原型器件。

2、阴离子交换膜电解水制氢研究

研究内容：发展基于廉价丰产元素的高效析氢、析氧电催化剂理性设计方法及宏量可控制备策略，研制高离子电导率、高稳定性阴离子交换膜，研究电催化剂与碱性固态电解质相界面电荷传输和气体扩散行为；发展电催化反应过程强化策略，阐明固态电解质体系中电催化剂的结构动态演化规律和失效机制；构筑适用于波动输入功率工况的低能耗阴离子交换膜电解水器件。

考核指标：揭示非贵金属电解水催化剂的构效关系，提出电催化活性的多维度描述因子。在1 A/cm2电流密度条件下，析氢/析氧过电位低于100/400 mV。膜电导率≥40 mS，1000小时衰减≤10%。发展固态电解质电解水原位表征技术，空间分辨率≤3 nm。研制10 kW级电解水制氢系统，电耗≤4.1kWh/Nm3H2，功率可在额定功率的20%-120%范围内调节。

3、光电催化体系的界面精准调控与微观机制

围绕太阳能光电催化中的界面电荷转移和表界面催化反应的动力学问题，研发高效捕光的光电催化材料及其可控制备方法与理论，研究光电催化材料内建电场及界面工程在光生电荷管理方面的作用与机制；发展光电催化体系促进固液界面电荷转移的策略，阐明界面电荷转移微观机制及光生电荷参与表界面催化反应动力学过程；构建太阳能自驱动器件或装置，通过光电催化分解水一步制取高纯氢、双氧水或重要化学品。

4、高效加氢处理催化材料及过程研究

研究内容：聚焦油品加氢过程氢气高效利用与碳减排问题。根据产品和原料的结构组成，从理论上确定炼油主要加氢工艺过程最优氢耗并建立模型；开展加氢处理催化材料精细结构表征、各主要加氢反应动力学交叉影响研究，发展加氢处理催化材料精细结构精准制备和精准后修饰方法；针对1-2种油品，开发显著降低氢气消耗的选择性加氢反应新工艺。

考核指标：实现新加氢处理催化剂及过程在百万吨级加氢装置上的工业应用，实现氢气利用率较现有水平提高20%以上。

5、低碳烃类加/脱氢催化微区热耦合机制研究

研究内容：聚焦低碳烃类催化加/脱氢过程的热耦合效应对反应过程安全与能耗的影响。针对低碳烃类催化加/脱氢过程中反应热与传热的非线性耦合问题，发展研究催化微区反应热和反应进程变化的耦合原位表征技术和多尺度理论分析方法，揭示催化微区反应热与传热的演变规律；明确催化微区结构对强吸放热反应与传热的作用机制，建立催化剂的热学性质调控策略和工程制备方法；设计匹配热耦合过程的热交换方式和反应形式，开发绿色能源技术和过程强化手段，实现典型低碳烃类加/脱氢反应系统的节能减排和高效稳定运行。

考核指标：发展1-2种反应微区原位热量测量方法和技术，量热精度±100 nW，温度精度±0.1℃；针对低碳烃类催化加/脱氢的典型强吸放热反应，建立1-2个高效绿色安全示范工程。

6、CO2催化加氢高效合成甲醇

研究内容：聚焦利用源于可再生能源的绿氢与CO2反应制甲醇的体系。针对现有Cu基、In基和Zn基催化体系普遍存在选择性差、反应温度高、易失活等问题，发展可以大规模工业化的热催化CO2制甲醇新催化剂体系和相应技术。

考核指标：实现在较低温度下，CO2单程转化率大于20%、甲醇选择性大于95%、甲醇时空收率大于0.50 gMeOH gcat.-1 h-1、寿命大于5000小时；建立1-2套催化剂放大制备方法，实现百公斤级放大制备，完成单管原颗粒催化剂测试。

本文来源于综合信息。