综述：生物炭应用的前沿进展：热化学、发酵、光催化和电催化制氢与储氢

（编辑推荐）本综述系统探讨了生物炭（biochar）在绿色氢能领域的革命性应用，聚焦其多孔结构、高石墨化特性及丰富活性位点对热化学转化（thermochemical）、暗发酵（dark fermentation）、光催化（photocatalysis）和电催化（electrocatalysis）制氢的促进作用，同时剖析了其在氢存储中的关键作用，为碳中和目标下氢能社会转型提供了低成本解决方案。

　　

Characteristics of biochar
生物炭（biochar）作为生物质热解衍生的黑色多孔材料，其核心优势在于独特的孔隙结构（微孔-介孔-大孔三级网络）、高比表面积和表面富集的含氧官能团。研究显示，原料来源（如农业废弃物、藻类）和热解温度（300-900°C）可调控其石墨化程度与导电性，使其成为理想的电子传输介质。例如，玉米秸秆衍生的生物炭在700°C热解时呈现最高电导率（10^-2 S/cm），这归因于sp²杂化碳域的定向排列。

Applications of biochar
在环境-能源交叉领域，生物炭展现出双重价值：一方面通过吸附-光催化协同机制降解有机污染物（如亚甲基蓝的去除率达98%），另一方面作为催化剂载体显著提升制氢效率。典型案例包括：

1. 光催化制氢：ZnO/生物炭复合物因生物炭的电子捕获效应使电荷分离效率提升3倍，可见光下产氢速率达12.8 mmol/g/h；
2. 电催化析氢：Fe-N共掺杂生物炭在酸性介质中过电位仅89 mV@10 mA/cm²，媲美商用Pt/C催化剂；
3. 暗发酵：生物炭添加使纤维素产氢量提高40%，其表面碱性基团维持体系pH稳定性。

Hydrogen storage
生物炭储氢性能受孔径分布和表面化学共同调控：

• 微孔（<2 nm）主导物理吸附，77K下储氢容量达2.3 wt%；
• 氮/硫掺杂可引入化学吸附位点，室温储氢密度提升至1.8 wt%。但实际应用仍面临体积储氢密度低（<30 g/L）的挑战。

Conclusion
生物炭基材料通过"吸附-催化-存储"三位一体策略，为氢能全链条技术提供可持续解决方案。其原料广谱性（如稻壳、果壳等废弃物）与可规模化生产特性，显著降低氢经济转型成本。

Challenges and future perspective
当前瓶颈包括：

1. 光热转化效率与工业级反应器适配性不足；
2. 长期循环中金属活性组分流失；
3. 储氢密度与DOE目标（5.5 wt%）差距显著。未来需开发微波活化等新型改性工艺，并建立生物炭结构-性能的机器学习预测模型。