AEM: 首次报道！热和太阳能促进Ni单原子催化制氨分解制氢

催化分解NH₃产H₂是建立无碳H₂能源系统的基础之一，但需要高活性、低温耐用的NH₃分解催化剂。虽然目前已经设计了各种非贵金属催化剂，但氨分解仍然在相对较高的温度(600-850 °C)下进行，这会造成大的能耗和对催化剂产生腐蚀，严重限制了催化分解NH₃产H₂的进一步发展和实际应用。

基于此，日本国立物质材料研究所叶金花、广东省科学院新材料研究所张志波和河北大学李亚光等首次提出了一种Ni单原子(SA Ni/CeO₂)氨分解催化剂，其能够在加热和太阳光辐照下有效催化NH₃分解产H₂。

密度泛函理论(DFT)计算表明，由于SA Ni/CeO₂的Ni-N键(离子键)比Ni纳米粒子(共价键)弱，在CeO₂上负载的原子Ni位点可以显著削弱氨裂解的反应势垒(氨在SA Ni/CeO₂上分裂的能垒(1.21 eV)低于Ni纳米粒子(1.77 eV))。因此，通过溶胶-凝胶法合成的SA Ni/CeO₂在300°C下催化氨分解90 h后，H₂产率稳定在3.544 mmol g^-1 min^-1。

此外，结合自制的TiC/Cu基太阳能加热装置，在太阳光辐照下SA Ni/CeO₂催化氨气分解72小时的反应温度和H₂产率分别为310°C和1.58 mmol g^-1 min^-1。总的来说，，单原子策略是设计高效非稀有催化剂的新策略，并且在研究人员设计的太阳能加热装置的辅助下，该系统可能实现在自然太阳辐照下大量生产高质量的绿色氢气，从而为未来的无碳H₂能源系统的发展奠定了基础。

Low Temperature Thermal and Solar Heating Carbon-Free Hydrogen Production from Ammonia Using Nickel Single Atom Catalysts. Advanced Energy Materials, 2022. DOI: 10.1002/aenm.202202459