【本站讯】有机液体储氢技术是解决氢能大规模、长距离安全高效储运的关键途径，而其核心的环烷烃脱氢过程直接决定了系统的效率与经济性。然而，该领域长期面临着催化剂结构敏感性强、构效关系复杂的严峻挑战，特别是针对不同结构的储氢分子，如何精准匹配最优活性位点始终缺乏统一的理论指导，严重制约了高性能工业催化剂的开发。

针对这一难题，我校洁净能源与技术国际创新团队通过构建具有连续可调配位环境的精密模型催化剂体系，从原子尺度深入探究了活性位点电子结构对反应性能的调控机制，建立了一种由反应物电子结构主导的普适性催化剂设计原理，揭示了不同环烷烃分子在Pt催化剂表面脱氢活性的“分子指纹”规律。

该研究主要聚焦于有机液体储氢技术中的关键脱氢环节。针对Pt基催化剂在环烷烃脱氢中表现出的强烈结构敏感性及构效关系不统一的问题，通过构建具有连续配位可调性的Pt催化剂体系，系统研究了从单原子、金属簇到纳米颗粒等不同Pt-Pt配位环境下的本征脱氢活性。研究首次发现，环己烷、甲基环己烷和十氢萘等典型储氢介质的脱氢活性均呈现“火山型”趋势，但其最优Pt配位环境随反应物分子结构显著变化。通过动力学分析与理论计算，团队揭示了“芳香产物LUMO能级”是决定最佳活性位点的关键描述符：随着产物LUMO能级降低，其与Pt d轨道的杂化增强，需通过提高Pt配位数来下移d带中心，从而通过轨道杂化调控实现适宜的吸附-脱附平衡。基于该理论设计的催化剂在300°C下实现了超3000小时的稳定运行，目前该技术已进入中试阶段，为高效储氢催化剂的理性设计与工业化应用提供了重要支撑。

相关研究成果以“Reactant-dependent volcano trends in Pt-catalyzed cycloalkane dehydrogenation: orbital hybridization-guided design of active sites”为题，发表在国际著名学术期刊《Nature Communications》上。脱永笑教授与硕士研究生屈晶莹为共同第一作者，冯翔教授以及陕西氢易能源科技有限公司王斌研究员等为共同通讯作者，中国石油大学（华东）为第一署名单位。该研究得到国家自然科学基金、国家重点研发计划及山东省优秀青年科学基金等项目的资助。

论文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-025-66782-w