实现更好的氨转化制氢的新型催化剂

由于现有的全球气候紧急情况和能源资源迅速减少，人们一直在寻找更清洁的替代品，比如氢燃料。

与化石燃料不同，氢气在氧气中燃烧时，会产生大量的能源，而不会产生有害的温室气体。令人失望的是，迄今为止生产的大多数氢燃料来自化石燃料或天然气，这最终会增加其碳足迹。

氨(NH_3.)是一种碳中性氢化合物，因其高能量密度和高储氢容量而受到关注。分解氨释放出氢气和氮气是可能的。

氨可根据需要随时储存、液化、运输和转化为氢燃料。然而，从氨生产氢是一个缓慢的反应，需要非常高的能量需求。金属催化剂通常被用于加速生产，它们也有助于降低氢生产时的总能耗。

目前的研究工作发现，镍(Ni)是一种很好的氨裂解催化剂。氨被吸附在镍催化剂的表面，导致氨中氮和氢之间的键断裂，并以单独气体的形式释放出来。然而，使用镍催化剂获得更好的氨转化通常涉及非常高的操作温度。

由东京工业大学副教授Masaaki Kitano领导的一组科学家描绘了一种解决镍基催化剂所遇到问题的方法。这项研究已经发表在杂志上ACS催化．研究人员制造了一种先进的钙酰亚胺(CaNH)负载镍催化剂，在低温下实现了更好的氨转化。

我们的目标是开发一种高效节能的高活性催化剂。在催化剂体系中加入金属酰亚胺不仅提高了催化活性，而且帮助我们揭示了这种体系难以捉摸的工作机制．

北野正明，副教授，东京工业大学

研究人员发现，CaNH的存在会导致NH的发展^2－空缺(V_NH)在催化剂表面。这些活性物质使得Ni/CaNH在比Ni基催化剂低100°C的反应温度下的催化性能得到了提高。

科学家们还建立了计算模型，并进行了同位素标记，以了解催化剂表面的情况。计算表明了一种Mars-van Krevelen机制，包括氨在CaNH表面的吸附，在NH上的活化^2－Ni纳米颗粒促进了空位的再生，并促进了氮气和氢气的生成。yabo214

Ni/CaNH催化剂具有极强的活性和耐用性，可成功地用于合成氨制氢。此外，本研究提供的催化机理的理解，可用于创造新一代催化剂。

在全世界共同努力建设一个可持续发展的未来之际，我们的研究旨在解决我们在实现更清洁的氢燃料经济的道路上所面临的问题．

北野正明，副教授，东京工业大学

这项研究为全球低碳排放任务提供了新的希望。

期刊引用:

小笠原群岛、K。等．(2021)在canh支持的Ni催化剂上通过NH分解氨²⁻-空位介导的Mars-van Krevelen机制。ACS催化．doi.org/10.1021/acscatal.1c01934．

来源:https://www.titech.ac.jp/english