一個舊時代的終結，往往意味著新時代的誕生。19世紀以來，石油作為主要能源為整個人類文明的進程提供了巨大動力。但是，人類對石油的過度依賴將最終導致其消耗殆盡。那么，后石油時代，人類將何去何從？阿卜杜拉國王科技大學（KAUST）的黃國維團隊給出了自己的答案——甲酸時代。
在黃教授描述的甲酸時代里，甲酸將成為取代石油被“油罐車”運往各個加油站的一個方案，而原來舊的加油站只需要稍作改變便可以儲存和分配這種新的燃料。用戶只需要和原來一樣去“加油”，不同的是加入油箱的將不再是石油，而是甲酸。在這種新能源的車里，甲酸將在催化劑的作用下釋放出氫氣驅動汽車。同時，釋放出來的二氧化碳將被吸收重新運往工廠，在催化劑的作用下，與氫氣重新產生新的甲酸燃料。在整個過程中，催化劑的開發和高效使用將成為核心競爭力，這對甲酸時代的加快到來將產生重要影響（ACS Energy Lett., 2017, 2, 188?195）。該團隊與北京大學的鄭俊榮教授合作，于2016年7月基于自主開發的催化劑，研發了甲酸分解的自動化控制系統，對接氫氣燃料電池，成功地組裝了世界第一臺能獨立運動的甲酸氫氣燃料電池原型車（400瓦）并試車成功，載重45公斤，時速8-10公里。
黃國維團隊近期更開發了一種價格便宜，使用高效的非芳香五元環雙亞胺釕催化劑，并在甲酸定向產氫及反應機理上取得了重要進展。結果表明，該催化劑以水為介質，能夠高效、穩定地催化甲酸釋放出氫氣。經過測試，該催化劑在開放體系中的TOF和TON分別高達12000 h-1和350000。最令人興奮的是，在封閉條件下，它能催化甲酸釋放出接近一個普通鋼瓶的高壓氫氣（1700 psi），這將成為驅動新能源汽車的重要動力。此外，該團隊還通過高分辨質譜，核磁和同位素標記等手段，對反應的機理做了深入細致的研究，提出了兩條相互競爭的催化途徑。與此同時，他們采用DFT計算了不同反應路徑的能量變化，計算結果與實驗結果十分符合。這一成果近期發表在Inorganic Chemistry 上，文章的第一作者是KAUST的博士研究生關超和博士后張丹丹。
黃國維博士簡介
黃國維（Kuo-Wei Huang）教授于1997年以李遠哲獎學金在臺灣大學獲得本科（化學）學位，2004年以Regina Casper斯坦福獎學金在美國斯坦福（Stanford）大學獲得博士學位（有機化學），2004-2007年美國布魯克海文（Brookhaven）國家實驗室Goldhaber杰出研究員，2007-2009年新加坡國立大學化學系助理教授，2009年至今任教于沙特阿拉伯阿卜杜拉國王科技大學（King Abdullah University of Science and Technology）催化中心均相催化實驗室及物理科學與工程學院，擔任沙特基礎工業公司（SABIC）講座教授（2013-2016年）、沙特教育部特聘顧問；主要研究方向為：基于過渡金屬和有機催化的計算機模擬和動力學研究、小分子活化、功能材料及其應用、氫氣的產生和儲存（水分解和甲酸的脫氫）、不對稱催化氨基酸和藥物中間體合成，國際上公開發表科研學術論文170余篇。
科研思路分析
Q：這項研究的最初目的是什么？或者說想法是怎么產生的？
A：眾所周知，沙特阿拉伯是一個產油大國。據報道，2010-2014年，沙特阿拉伯的平均石油收入在財政總收入中占比高達90%。但是，近幾年油價的大跌和石油儲量不可逆的減少，使得沙特阿拉伯政府逐漸意識到石油經濟已不可持續。在后石油時代，如何找到支撐經濟發展的新引擎，是沙特阿拉伯政府經濟改革自救的重要舉措。其中，尋找和開發新的可替代能源又是必不可少的重要一環。KAUST作為沙特阿拉伯前國王阿卜杜拉捐獻的一所頂級研究型大學，在面對該挑戰時當仁不讓地舉起了科研領軍的旗幟。
Q：研究過程中遇到的最大挑戰在哪里？
A：在研究過程中，最大的挑戰在于設計、篩選高效穩定且能在環境友好的介質中工作的催化劑。這項工作十分耗時、耗力，從配體的設計、金屬催化劑的選擇、各種反應條件的摸索、在模型小車上的小試、中試等，我們團隊12年來前赴后繼地做了大量工作。對于其中的許多核心技術，我們已經申請了國際專利保護。此外，有些工作涉及到機械設計領域，這些跨學科的研究也給我們團隊造成了不小的困擾。幸運的是，我們與中國、美國、日本、瑞士等國家的一些頂級科學家合作，解決了很多棘手的問題，目前已經在新能源汽車應用上取得了十分重大的進展。
Q：本項研究成果最有可能的重要應用有哪些？哪些領域的企業或研究機構最有可能從本項成果中獲得幫助？
A：科學是無國界的。這項研究最有可能對全球的新能源領域產生巨大影響，將使那些從事能量存儲與轉換、動力系統設計以及新能源汽車的企業和科研機構從中受益。在此，我們期待能夠與這些優秀的企業和科研院所攜手，共同迎接甲酸時代的到來。
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