发完《Nature》又获大奖！看北化教授如何催化能源未来

编者按：

2025年，北京化工大学化学工程学院的向中华教授荣获北京市科学技术奖人物奖——杰出青年中关村奖。他和团队在《自然》（Nature）上联合发表的单原子铁催化剂研究成果，为氢燃料电池性能突破带来了关键希望。从设计高效稳定的新型催化剂，到推动锌镍空液流电池技术走向产业化，向中华教授始终致力于为能源的绿色储存与高效转换提供中国方案。今天，让我们走近这位科研工作者，看他如何以分子设计之力，推动新能源领域的深刻变革。

科研深耕国家战略

在全球能源转型的迫切需求下，围绕实现“双碳”目标的战略任务，发展高效、清洁的能源转换与存储技术已成为重中之重。氢能与长时储能，正是破解新能源间歇性难题、构建新型电力系统的两大关键支柱。在此背景下，向中华教授的前沿研究，精准聚焦于这两大领域产业化进程中最为核心的“卡脖子”问题，其科研工作兼具战略高度与关键突破意义。

一方面，他通过对非贵金属催化剂的精妙设计，为氢能这一国家战略性新兴产业扫除了关键成本障碍；另一方面，通过推动锌镍空液流电池的产业化，为构建安全稳定的新型能源体系提供了重要的长时储能技术选项。他的研究工作，正是将国家能源战略的宏观蓝图，落实为解决具体工程技术难题的创新实践，对推动我国能源科技自立自强、培育新质生产力具有重要意义。

向中华教授的学术与科研历程，从扎实的基础学科训练起步，逐步走向新能源领域的前沿探索，每一步均为其深入研究奠定了坚实基础。2003年至2007年，他在湘潭大学攻读化学工程与工艺专业，获学士学位。随后于2007年至2013年，进入北京化工大学化学工程与技术专业攻读博士学位。2013年至2014年，赴美国凯斯西储大学大分子系从事博士后研究。2014年至今，他回到北京化工大学化学工程学院任职，从一名青年教师逐步成长为教授、博士生导师，并同时担任北京鑫华储科技有限公司首席科学家。

向中华教授依托有机无机全国重点实验室组建分子能源材料研发中心以来，在Nature、Angew.Chem.Int.Ed.、J.Am.Chem.Soc.、Adv.Mater.、Science Adv.、Nature Commun.、AIChE J.等SCI期刊发表论文130余篇。授权发明专利21件，其中6件已转让。牵头承担科技部重点研发计划、国家自然科学基金国际合作重点项目、中石油、金川集团等横向委托研发项目。

传质新模型提升器件性能斐然

2025年8月13日，向中华教授团队与深圳大学王丹教授、东南大学王金兰教授等多所高校的研究团队合作，在《自然》杂志上发表了一项开创性研究成果。

研究团队创新性地设计并制备出一种具有中空多壳层结构的单原子铁催化剂（CS Fe/N-C），成功破解了非贵金属催化剂在强酸性环境下活性和稳定性难以兼顾的长期难题。该催化剂具有独特的结构：单原子铁活性位点主要嵌入在纳米突起的内侧弯曲表面，形成“外护内催”的微环境。

向中华教授团队在该突破性研究中负责了该新型催化剂在实际质子交换膜燃料电池（PEMFC）工况下的器件性能评估、优化与稳定性提升工作。研究团队通过传质新模型分析方法，强化催化层传质，使活性中心充分暴露，对CS Fe/N-C催化剂在燃料电池工况下的性能进行了系统探索。测试数据直接证实了CS Fe/N-C催化剂在真实、严苛的工作环境下，能够驱动电池输出接近实用化水平的功率密度，显著优于以往报道的大多数非铂Fe/N-C催化剂，为未来应用于实际燃料电池系统提供了坚实的实验基础和性能标杆。

锌镍空液流电池斩获全国金奖

2025年10月12日至15日，在郑州大学举行的中国国际大学生创新大赛总决赛中，由向中华教授指导的项目《华储科创——锌镍空液流电池储能技术开拓者》荣获全国金奖。这一奖项实现了北京化工大学在该项重要赛事中的历史性突破。

该项目聚焦于本质安全、环境友好的新型电化学储能技术——“锌镍空液流电池”，并成功推进其产业化落地。项目团队依托化学工程学院分子能源材料研发中心，历经十余年持续技术积累，完成了从关键材料开发、原理验证到电极批量化制备及中试样机测试的全链条创新，最终推动技术成果实现市场化应用。

锌镍空液流电池兼具灵活配置、超长循环寿命、长时储能和简易维护等特点，已成为配电网侧规模化储能领域的研究热点与技术前沿。

青年科创获殊荣

向中华教授长期致力于氧还原催化工程领域的研究与创新。他开创性地提出运用计算流体模拟指导氧电极过程强化的方法，并开发了非热解制备新工艺，成功实现了大面积氧电极的放大与工程化应用，有力推动了新型氧还原催化剂从实验室走向燃料电池及锌镍空液流电池的产业化进程，为新能源领域关键技术突破提供了重要支撑。

2025年11月7日，2024年度北京市科学技术奖公布，38位科学家、193项成果获奖。向中华教授荣获“杰出青年中关村奖”。该奖项旨在表彰在北京市重点发展领域展现出巨大潜力的青年科学家，体现了对青年科技人才创新能力与发展前景的高度认可。

在能源革命与“双碳”目标的关键时期，向中华教授与其团队如同高效而稳定的“催化剂”，不仅致力于加速燃料电池与液流电池中的关键化学反应，更全力推动着实验室成果向产业应用的转化进程。他们以分子工程构筑能源材料，以工程思维破解储能难题，在氢能与长时储能这两条代表未来的赛道上，跑出了坚实的“北化加速度”。

展望未来，向中华教授表示，他将带领团队持续深耕新能源材料领域。一方面，致力于攀登更高的科学峰峦，不断探索能源转换与存储的未知可能；另一方面，也将通过“科教融汇”与“产教融合”，把最前沿的科研实践融入人才培养过程，为国家培育兼具创新精神与工程实践能力的卓越人才。他们的工作，不仅为能源的绿色未来提供关键技术支持，更将持续为国家新质生产力的培育与高质量发展，注入创新的活力与澎湃动能。