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当前的全球气候危机和我们迅速减少的能源资源促使人们寻找更清洁的替代燃料，如氢燃料。与化石燃料不同，氢气在氧气中燃烧时，会产生大量的能量，但不会产生有害的温室气体。不幸的是，今天生产的大多数氢燃料来自天然气或化石燃料，这最终增加了其碳足迹。 氨(NH3)是一种碳中性的氢化合物，因其具有较高的能量密度和贮氢能力而备受关注。它可以被分解释放出氮气和氢气。氨可以很容易地液化、储存、运输，并在需要时转化为氢燃料。然而，从氨生产氢是一个缓慢的反应，需要很高的能量。为了加快生产速度，通常使用金属催化剂，这也有助于降低氢生产过程中的总能耗。 近年来研究发现，镍是一种很有前途的氨裂解催化剂。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打破，它们作为单独的气体被释放。然而，使用镍催化剂获得良好的氨转化通常涉及非常高的操作温度。 在ACS Catalysis最近发表的一项研究中，东京工业大学的一个研究小组，由副教授Masaaki Kitano领导，描述了一个解决镍基催化剂面临的问题的解决方案。他们开发了一种最先进的钙酰亚胺(CaNH)负载镍催化剂，可以在较低的操作温度下实现良好的氨转化。北野博士解释说:“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的金属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。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了什么。该计算提出了一种Mars - van Krevelen机制，包括氨在CaNH表面吸附，在NH2-空位位置活化，形成氮气和氢气，最后在Ni纳米颗粒促进空位位置再生。 该催化剂具有很高的活性和耐用性，可用于氨制氢气。同时，本研究提供的对催化机理的深入了解，也可用于开发新一代催化剂。北野博士总结道:“全世界都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实现更清洁的氢燃料经济的道路上所面临的问题。”
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发表于 2024-5-17 08:14:54
