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當(dāng)前的全球氣候緊急狀況和我們迅速消退的能源資源讓人們尋找更清潔的替代品，如氫燃料。當(dāng)在氧氣存在的情況下燃燒時(shí)，氫氣會產(chǎn)生大量的能量，但與化石燃料不同，沒有有害的溫室氣體。不幸的是，今天生產(chǎn)的氫燃料大部分來自天然氣或化石燃料，這最終增加了其碳足跡。
氨氣 一種碳中和氫化合物由于其高能量密度和高儲氫能力，最近備受關(guān)注。它可以分解以釋放氮?dú)夂蜌錃?。氨可以很容易地液化、儲存和運(yùn)輸，并在需要時(shí)轉(zhuǎn)化為氫燃料。然而，氨的氫氣生產(chǎn)反應(yīng)緩慢，對能源的需求非常高。為了加快生產(chǎn)速度，經(jīng)常使用金屬催化劑，這也有助于降低氫氣生產(chǎn)期間的整體能耗。
最近的研究發(fā)現(xiàn)，鎳（Ni）是分裂氨的有希望的催化劑。氨被吸附在尼催化劑表面，隨后氨中氮和氫之間的鍵被打破，并作為單個(gè)氣體釋放。然而，使用Ni催化劑獲得良好的氨轉(zhuǎn)化通常涉及非常高的運(yùn)行溫度。
在最近發(fā)表在ACS催化物上的一項(xiàng)研究中，由北野中曾信子副教授領(lǐng)導(dǎo)的東京理工學(xué)院的一個(gè)研究小組描述了一種解決尼基催化劑所面臨問題的辦法。他們開發(fā)出一種最先進(jìn)的鈣酰胺（CANH）支持的Ni催化劑，可以在較低的工作溫度下實(shí)現(xiàn)良好的氨轉(zhuǎn)化。Kitano博士解釋說："我們的目標(biāo)是開發(fā)一種能高效的高效催化劑。我們在催化劑系統(tǒng)中加入金屬酰胺不僅改善了其催化活性，還幫助我們解開了這些系統(tǒng)難以捉摸的工作機(jī)制。
研究小組發(fā)現(xiàn)，CANH的存在導(dǎo)致了NH的形成2-空缺（V）NH）在催化劑的表面。這些活性物種導(dǎo)致Ni/CANH在反應(yīng)溫度低于尼基催化劑功能所需的100°C的反應(yīng)溫度下的催化性能得到改善。研究人員還開發(fā)了計(jì)算模型，并進(jìn)行了同位素標(biāo)記，以了解催化劑表面發(fā)生了什么。計(jì)算提出了一個(gè)火星-范克雷維倫機(jī)制，涉及吸附氨到CANH表面，其激活在NH2- 空置點(diǎn)，形成氮?dú)夂蜌錃?，最后再生由尼納米粒子推動(dòng)的空缺位點(diǎn)。
高度活躍和耐用的Ni/CANH催化劑可以成功地用于從氨中產(chǎn)生氫氣。此外，本研究提供的催化機(jī)制的見解可用于開發(fā)新一代催化劑。Kitano博士總結(jié)道："隨著全世界都在共同努力建設(shè)一個(gè)可持續(xù)的未來，我們的研究旨在解決我們在實(shí)現(xiàn)更清潔的氫燃料經(jīng)濟(jì)性道路上所面臨的困難。
摘譯自：Chemeurope
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