文章导读：
在全球“双碳”目标的推动下，传统化石能源正逐步被可再生能源取代，而催化技术在这一进程中发挥着关键作用。
本综述系统解析了氢能、甲烷转化、生物质、塑料回收四大领域的催化研究进展，剖析关键挑战，并展望未来发展方向。
Y. Ni, J. Tian, Z. Han, Y. Chai, C. Zhao, G. Wu and L. Li, Catalysis in sustainable energy resources: Overview studies of hydrogen, methane, biomass and plastics, Ind. Chem. Mater., 2025, DOI: 10.1039/D4IM00106K.
氢能：绿色能源的终极选择
氢能因其零碳排放、高能量密度的特性，被视为未来清洁能源的重要载体。然而，经济高效的氢气制备、存储与运输仍然面临诸多挑战。本综述重点分析了催化在氢能利用中的三大关键领域：
电催化水分解（HER）制氢：电解水是清洁的制氢方式，但发展高效稳定的催化剂仍是瓶颈。本文总结了贵金属催化剂的高活性特性以及非贵金属催化剂的研究进展。此外，全解水催化剂的开发为未来高效电解水提供了新思路。
光催化产氢：太阳能驱动水分解制氢是理想的可再生制氢方式，金属氧化物、金属硫化物、金属有机框架（MOFs）和共价有机框架（COFs） 等材料已应用于光催化产氢，调控半导体的能带结构可有效提升光吸收效率，未来仍需探索更高效的新型半导体催化剂体系。
液态有机储氢（LHC）：氢气存储与运输极大程度限制了氢能的应用。本文总结了常见的LHC体系（如甲苯/甲基环己烷等），系统介绍了这种相对安全、高密度的储氢方式，并讨论了常见的金属催化剂体系（如Ru、Pd基催化剂）在氢化-脱氢循环中的应用。
甲烷催化转化：从温室气体到清洁燃料
甲烷是全球储量最丰富的碳氢化合物，但其C-H键键能（435 kJ mol-1）过高使其催化转化极具挑战。本综述介绍了三大主流甲烷转化路径及其催化策略：
直接转化：包括氧化偶联（OCM）、部分氧化（POM）和甲烷芳构化（MDA）。直接一步将甲烷转化为烃类化合物或含氧化合物等。本文总结了催化剂在直接转化技术的作用，并介绍了部分最新进展。
间接转化：先将甲烷转化为合成气（CO+H₂），再进一步合成高值化学品或液体燃料。本文重点探讨了Ni、Co、Fe基催化剂在甲烷蒸汽重整（SRM）、干重整（DRM）和自热重整（ATR）中的最新研究进展，并介绍了催化剂抗积碳和抗烧结的优化策略。
电催化与光催化甲烷转化：近年来，外场作用下的甲烷催化活化成为研究热点。本文总结了电催化氧化甲烷制甲醇的基础研究，以及光催化甲烷选择氧化的最新进展，为实现温和条件下甲烷转化提供了思路。
生物质催化升级：可再生碳资源的高值化利用
生物质是重要的可再生碳资源，其催化转化对实现碳中和具有重要意义。本综述总结了生物质催化转化的三大关键方向：
木质素催化裂解：木质素是自然界中最丰富的芳香族碳源，催化裂解可生成高附加值化学品。本文分析了金属/金属氧化物催化剂在C-O/C-C键断裂中的作用，并介绍了酸碱双功能催化剂在提升产物选择性方面的研究进展。
生物油加氢升级：生物油因含氧量过高，致使其作为直接燃料使用受限。本文讨论了Ni、MoS₂、Pt基催化剂在生物油加氢脱氧（HDO）过程中的作用，并介绍了酸性载体对催化性能的影响。
生物质制生物航空燃料：ATJ（醇制航空燃料）、FTJ（费托合成燃料）和HEFA（加氢处理脂肪酸燃料）是生物航空燃料的主要技术路线。本文详细分析了催化剂在不同技术路线中的作用，并探讨了提高选择性和收率的策略。
塑料废弃物的催化回收：从“白色污染”到能源再生
塑料因其结构的超高稳定性难以实现自然降解，造成严重的环境污染。本综述介绍了塑料回收的三大催化策略：
催化热裂解：通过金属催化剂将塑料裂解为燃料或化学品。本文讨论了酸性位点调控、金属-载体协同作用等效应对产物分布的影响。
光催化降解：利用光催化剂在可见光照射下降解塑料。本文分析了缺陷工程、异质结构建等策略对光催化性能的优化策略。
酶催化降解：PET酶（PETase）可高效降解聚酯类塑料，本文总结了酶催化降解的最新进展，并简要探讨了酶稳定性与催化活性提升的策略。
总结与展望
尽管催化技术在可持续能源领域展现出巨大潜力，但仍面临来自稳定性、成本、机制等方面的挑战。未来研究将以单原子催化体系、多功能催化体系、原位动态表征技术等为切入点，推动催化在绿色能源转化中的应用，加速实现碳中和目标