1 引言
俄乌冲突加快全球能源调整步伐，发展氢能成为各国的共识，据彭博社能源数据统计
[1]，欧洲各国对俄罗斯天然气的排斥正在促进数十亿美元氢市场规模，这些都加速了绿色氢能的发展。近年来，欧盟、美国、日本等发达国家已经将氢能上升到支撑国家能源战略高度，不断加快部署和推进氢能产业发展，抢占能源发展的制高点。据中国氢能联盟统计，截至2022年底，全球已经有40多个国家制定“国家氢能战略”，覆盖全球三分之一人口。本文经过文献调研发现，朱晓宇团队
[2]运用文献计量方法探析国际氢能的研究力量、发展脉络及研究现状；马千里等人
[3]基于CiteSpace可视化工具分析了我国储氢材料论文发布情况；秦阿宁等
[4]基于文献计量分析了氢燃料电池领域技术竞争格局；Lin R等
[5]借助Hydro-graph工具分析了氢能领域研究知识图谱；周超峰团队
[6]深度解析了2010至2020年间全球氢能领域研究情况。
整体来看，近些年通过文献计量分析氢能研究的论文数量较少且均为2020年以前的文献数据，未能及时跟踪全球氢能发展动态。本研究选取了2020年以后的最新数据，旨在探析2020年至2022年期间氢能领域研究的发文量变化，及时跟踪氢能技术竞争态势，利用高频关键词短期内识别全球氢能技术研究热点，为我国氢能技术研究提供有价值的理论基础。
2 研究方法
本文主要运用文献计量、共词分析、聚类分析及社会网络分析等多种方法相互协同，对文献数据进行量化分析，深度解析近三年全球氢能技术研究热点、时间演进及研究主题等，为该领域后续研究提供理论参考。
数据来源上，本文以Web of Science核心合集为数据源，选取SCI-EXPANDED（SCI论文）和CPCI-S（会议论文）数据库，分别构建检索式，以TS=(“hydrogen energy” or “hydrogen production” or “hydrogen storage” or “hydrogen fuel cell”)为核心检索式进行多轮组合，经过数据的整理、清洗、去重和去噪，覆盖2020－2022年氢能领域的学术论文，并构建相应的数据集。
数据处理方面，本文运用CiteSpace、VOSviewer等多种文献计量工具进行量化分析，基于CiteSpace数据预处理功能模块进行数据预处理，并结合人工辅助数据筛选，最终将分析结果通过可视化呈现
[7]。
3 全球氢能技术研究态势分析
3.1 发文态势分析
3.1.1 时间分布
近三年，全球氢能领域论文总量为10436篇。氢能领域相关论文产出呈现平稳发展态势，每年发文量均超过3000篇，研究热度处于不断上升阶段（如
图1）。2020年以来，新冠疫情虽重创全球经济，但绿色转型步伐加快，氢能备受全球主要国家和地区青睐，欧盟、加拿大、日本、中国等国家和地区相继提出了“碳中和”发展目标，氢能发展热度不断攀升。
3.1.2 区域分布
从区域分布上看，中国、印度、美国、土耳其和韩国等国家是全球氢能领域论文产出排名前五的国家（如
表1）。其中，中国以4489篇的发文量位居首位，占比高达43.0%；印度（发文726篇，占比7.0％）和美国（发文477篇，占比4.6％）分列第二、三位。从高被引论文数量和国际合作论文数量分析，中国也遥遥领先于其他国家。中国基础研究力量位于全球第一梯队。
国际合作层面，从国家/地区间的合作关系来看，氢能领域研究全球合作密切。
表1数据显示，中国国际合作论文数量最高，远超其他国家，美国排名第二。以中国为核心的合作团体主要来自美国、澳大利亚、英国、日本、加拿大、巴基斯坦等国家/地区（如
图2a）。以美国为核心的合作团体主要来自中国、加拿大、韩国、印度、英国等国家/地区（如
图2b）。
3.2 科研主体分析
3.2.1 研究机构
近三年氢能领域发文量最多的机构是中国科学院，为417篇，远高于其他机构；第二名是印度理工学院系统，发文量为198篇；第三名是西安交通大学；第四是法国国家科学研究中心；第五是清华大学（见
表2）。总体来看，氢能领域TOP20研究机构主要分布在中国（12所），法国和印度各拥有2所，美国、俄罗斯、埃及和德国各1所。TOP20机构覆盖13所高校和7所科研院所。
进一步分析发文机构的机构类型，可分为科研机构、高校和企业（如
图3）。在科研机构方面，氢能领域发文量排名前五的分别是中国科学院、法国国家科学研究中心、俄罗斯科学院、埃及知识库和印度国立技术研究院，其中，埃及知识库（EKB）是埃及总统在2014年发起的一项倡议。
高校方面，除发文量最多的印度理工学院系统（198篇）外，依次为西安交通大学、清华大学、哈尔滨工业大学、天津大学、浙江大学、江苏大学、中国科学技术大学、华中科技大学和重庆大学。
氢能领域的企业发文量较少，共计11篇，涉及浦项制铁、东风汽车、中国商用飞机有限责任公司、西门子、美国3M公司、梅赛德斯-奔驰集团等公司。
3.2.2 核心作者
近三年，全球氢能领域发文量较高的研究人员主要分布在加拿大、亚洲和部分欧洲国家（如
表3）。其中发文量最多的研究人员是巴基斯坦克瓦贾-法里德工程和信息技术大学的Tahir Muhammad Bilal教授，发文量为24篇，研究领域是光催化、可再生能源、替代燃料等；其次是加拿大安大略理工大学的Dincer Ibrahim教授，发文量为21篇，主要研究氢能和燃料电池；第三名是中国西安交通大学的郭烈锦教授，研究领域为太阳能生物质能等可再生能源高效优质转化与氢能规模制备与利用。国内氢能领域发文量最多的是西安交通大学研究团队，包括郭烈锦、金辉、黄佐华等人；其次是北京工业大学汪硕峰和纪常伟研究团队。
3.3 基金资助情况
基金资助情况可以反映出国家/地区对基础研究的重视程度及关注度。统计分析显示，受到基金资助的氢能领域研究论文共有7885篇，占总发文量的75.6%。基金资助论文主要分布在亚洲、欧洲、北美洲。其中，受中国各类基金资助的论文为4784篇，占比45.8%，远远领先于其他国家/地区，中国从国家基金和地方政府基金两方面对氢能领域基础研究给予大力支持。由
表4可知，中国国家自然科学基金委员会、中央高校基本科研业务费和中国博士后科学基金会资助的论文数量排名前三，合计3520篇，占比33.7%；欧盟委员会排名第四，资助论文158篇，占比1.5%；排名第五位的是印度政府科学技术部，资助论文139篇，占比1.3%。由此可见，各国/地区较权威、专业的机构都对氢能领域研究有相应的资助，对氢能研发十分重视。
3.4 技术研究进展
3.4.1 研究热点分析
本文通过 CiteSpace工具进行关键词共现分析，提取每个时间切片频次 TOP50 的节点数据，得到研究热点共现知识图谱（如
图4）。除去自我指向性和无实际意义的词语，并通过合并同义词，梳理出以下高频热点词语：hydrogen production（制氢）、hydrogen evolution（析氢）、renewable energy（可再生能源）、nanoparticles（纳米粒子）、fuel cell（燃料电池）、graphitic carbon nitride（石墨氮化碳）、oxygen evolution reaction（析氧反应）、highly efficent（高效率）、catalysts（催化剂）等。
3.4.2 时间演进分析
对论文数据进行时间演进分析（如
图5），2020年，氢能技术研究主要围绕制氢、放氢、石墨氮化碳、析氧反应等角度展开；2020年至2021年，还原氧化石墨烯和纳米粒子开始成为研究热点，探索其在储氢领域的应用；2021年，催化剂技术成为研究热点，涉及water electrolysis fuel system（水电解燃料系统）、efficient photocatalyst pyrolysis（高效光催化剂热解）、surface transition（表面过渡）、doped carbon hydrogen（掺杂碳氢）等；2022年，steam gasification efficient（蒸汽气化效率）、single-atom catalysis（单原子催化）、bifunctional electrocatalyst（双功能电催化剂）等技术开始受到大众的重视。
3.4.3 研究主题分析
本文选取2020年以来高被引论文数据，通过关键词聚类方法并通过合并同义词分析出近三年全球氢能领域的研究热点主要集中在制氢、储氢、燃料电池、析氢反应和光催化作用等五个方面（如
图6）。
（1）制氢研究。研究热点词包括催化分解、多壁碳纳米管、金属氢化物反应器、非金属催化剂、太阳能光催化制氢等。基于近三年高被引论文，研究前沿主题以制氢方法理论研究为方向，包括可再生能源制氢、碱性电解水制氢以及太阳能光电化学分解水制氢等，被引频次较高的论文数据详见
表5。
（2）储氢研究。研究热点词包括氢脆、脱氢、氢渗透、金属氢化物、储氢材料等。研究前沿主题以氢储存技术、方法及新型储氢材料探索为方向，包括氢基储能材料、金属氢化物储氢和压缩系统、欧洲盐穴储氢技术等，被引频次较高的论文数据详见
表6。
（3）燃料电池研究。研究热点词包括质子交换膜、金属有机骨架、可再生能源、耐久性、微生物燃料电池。研究前沿主题以氢燃料电池部件及应用为方向，涉及质子交换膜燃料电池双极板材料、氢燃料电池汽车及微生物燃料电池研究，被引频次较高的论文数据详见
表7。
（4）析氢反应研究。研究热点词包括水分解、析氧反应、双功能电催化剂、催化剂活性、纳米复合材料、还原氧化石墨烯、电沉积。研究前沿主题以提升析氢反应效率的高效催化剂为方向，包括自支撑的过渡金属基析氢和析氧电催化剂、金属-有机框架及3D/2D有机材料催化剂钌等，被引频次较高的论文数据详见
表8。
（5）光催化作用研究。研究热点词包括水分解、光催化制氢、光催化剂、活性、降解。研究前沿主题以光催化金属有机框架材料为方向，涉及金属掺杂TiO
2、非金属掺杂/共掺杂TiO
2和TiO
2纳米结构、苯并噻二唑基共价有机框架、g-C
3N
4负载RhXP纳米物以及金属氧化物等，被引频次较高的论文数据详见
表9。
4 结论
总体来看，全球氢能领域相关的论文产出呈现平稳发展的态势，研究热度处于不断上升阶段。我国氢能领域基础研究力量雄厚，但集中在大学和科研院所，企业参与度低。结合我国当前氢能技术发展现状和“双碳”战略目标，本文从技术攻关、国际影响力和研究热点等方面提出以下发展建议。
一是加大资金投入，开展核心技术创新攻关。近年来我国在全球氢能领域基础研究上位于全球第一梯队，研究力量雄厚，已经成为推动世界氢能发展的中坚力量。但我国技术应用能力弱，产品转化能力低，需要持续加大关键技术研发力度，开发具有自主产权的核心技术和关键技术，鼓励高校加强与技术优势企业的合作，汇聚各方优势，促进核心技术的研发与应用，实现技术创新成果市场价值最大化。
二是提升国际参与度，增强我国氢能技术国际影响力。与友好国家开展氢能全技术链的产、学、研、用等合作，建立氢能伙伴关系，开拓氢能国际市场，增强国际话语权。
三是及时掌握氢能技术研究热点及未来发展趋势，增强国际竞争力。密切关注全球氢能产业技术链及发展态势，充分了解氢能领域的关键技术情况，识别潜在应用技术。结合学术研究和产业发展近况，准确把握当前氢能技术研究热点和五大研究主题方向，实时调整优化我国氢能全产业链生态体系。
PDF
(2680KB)
