综述：乙醇辅助制氢可行性的批判性视角

这篇综述批判性地探讨了利用乙醇电化学重整（EOR）替代传统电解水析氧反应（OER）以高效制氢（HER）的研究进展。通过耦合HER与EOR，可降低能耗达4.7倍（0.72 kWh/m3 H2 ），同时生成高附加值化学品。文章重点分析了阴极（Pt基等）和阳极（Ni-Pt/CNT等）催化剂的性能优化，并指出其工业化面临的挑战。

　　

Abstract

传统电解水制氢技术因析氧反应（OER）动力学缓慢而效率受限。乙醇电化学重整（EOR）通过替代OER，将HER与EOR耦合，显著降低能耗（1 A/cm²
时电压减少1.4 V）。该过程在酸性环境中进行，阳极乙醇氧化生成CO₂
、乙醛等产物，阴极释放H₂
，理论能耗仅8.04 kWh/kg H₂
，较电解水节能79.7%。

Introduction

电解水制氢90%能耗源于OER，而乙醇重整在80°C下即可实现。质子交换膜（H⁺
）作为电解质，理论计算显示EOR过电位显著低于OER。若阳极完全氧化为CO₂
，能耗可低至0.72 kWh/m³
H₂
，但实际应用中催化剂性能成为瓶颈。

Performance of Catalysts for Electrochemical Ethanol Reformer

双电极体系中，催化剂活性决定能量效率。核壳结构可促进乙醇C-C键断裂，氮掺杂碳负载镍催化剂展现高稳定性，Pd-Rh-Pt多孔纳米结构兼具抗毒化特性。CNTs负载Ni-Pt双金属催化剂活性达商用Pt/C的5.08倍。

Overall overview of the HER

HER机理研究近年聚焦于界面质子传递优化。Pt基材料仍为主导，但非贵金属催化剂（如MoS₂
）因成本优势受关注。酸性介质中Volmer-Heyrovsky步骤速率常数为碱性介质的10³
倍。

Studies of Ethanol Electro-Oxidation Reaction

乙醇氧化路径复杂：Ni基催化剂倾向生成乙酸（4e^-
），而Pt基催化剂可完全氧化为CO₂
（12e^-
）。最新研究发现，Rh修饰的Pt(100)晶面能将C-C键断裂效率提升至92%。

Conclusions and outlooks

乙醇重整制氢的产业化仍需解决三大问题：1）开发高效双功能催化剂；2）抑制阳极中间产物积累；3）降低膜电极成本。未来研究方向包括原子级分散催化剂设计和反应器流场优化。

Declaration of Competing Interest

研究团队获巴西圣保罗研究基金会（FAPESP）、国家科技发展委员会（CNPq）和壳牌巴西公司资助，声明无其他利益冲突。

Acknowledgments

作者感谢FAPESP项目2019/22183-6和CNPq项目383552/2023-0的资金支持。