分解氨：一种在低温下从氨中产生氢气的新催化剂

时间：2022-05-31 09:35:44来源：

当前的全球气候紧急情况和我们迅速减少的能源资源让人们开始寻找更清洁的替代品，如氢燃料。与化石燃料不同，氢气在氧气存在下燃烧时会产生大量能量，但不会产生有害的温室气体。不幸的是，今天生产的大部分氢燃料来自天然气或化石燃料，这最终会增加其碳足迹。

氨(NH3)是一种碳中性的氢化合物，由于其高能量密度和高储氢能力，最近引起了广泛关注。可分解放出氮气和氢气。氨可以很容易地液化、储存和运输，并在需要时转化为氢燃料。然而，从氨生产氢气是一个缓慢的反应，需要非常高的能量。为了加快生产速度，通常使用金属催化剂，这也有助于降低制氢过程中的整体能源消耗。

最近的研究发现，镍 (Ni) 是一种很有前途的氨分解催化剂。氨被吸附在镍催化剂的表面，随后氨中的氮和氢之间的键被破坏，它们作为单独的气体释放出来。然而，使用镍催化剂获得良好的氨转化率通常涉及非常高的操作温度。

在最近发表在ACS Catalysis上的一项研究中，由副教授 Masaaki Kitano 领导的东京工业大学研究小组描述了一种解决方案，以克服镍基催化剂面临的问题。他们开发了一种最先进的亚胺钙 (CaNH) 负载的镍催化剂，可以在较低的工作温度下实现良好的氨转化率。Kitano 博士解释说：“我们的目标是开发一种高效节能的高活性催化剂。我们在催化剂体系中添加金属酰亚胺不仅提高了其催化活性，还帮助我们解开了此类体系难以捉摸的工作机制。 "

研究小组发现，CaNH 的存在导致催化剂表面形成 NH2-空位 (VNH )。这些活性物质导致 Ni/CaNH 在比 Ni 基催化剂发挥功能所需的温度低 100°C 的反应温度下提高了催化性能。研究人员还开发了计算模型并进行了同位素标记，以了解催化剂表面发生的情况。计算提出了Mars?van Krevelen 机制，涉及氨吸附到CaNH 表面，在NH2-空位点活化，形成氮气和氢气，最后由Ni 纳米颗粒促进空位点再生。

高活性和耐用的 Ni/CaNH 催化剂可以成功地用于从氨中产生氢气。此外，本研究提供的对催化机理的深入了解可用于开发新一代催化剂。“随着全世界正在共同努力建设一个可持续的未来，我们的研究旨在解决我们在通往更清洁的氢燃料经济的道路上面临的问题，”北野博士总结道。

这是世界低碳使命的一线希望!

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