EES: 高效稳定的无Ru催化剂催化氨分解制氢：在450℃下接近完全转化

氢(H₂)是一种零碳、高能高密度燃料，能够用于发电和作为清洁能源，有希望成为传统化石燃料的替代品；氨(NH₃)是一种很有前途的H₂(17.7%)载体，可以轻松克服H₂储存和运输不方便的缺点。热催化氨分解反应(ADR)是一种有效的获得清洁H₂的方法，但目前主要依赖于使用昂贵的稀有钌(Ru)基催化剂，这是不可持续的和经济上不可行的。

基于此，纽约州立大学布法罗分校武刚、Eleni A. Kyriakidou和南伊利诺伊大学葛庆峰等通过一种新的协同策略来设计一种异质结构的无钌催化剂，其由分散在具有钾(K)启动子的镁(Mg)、铯(Ce)和锶(Sr)的混合氧化物载体上的CoNi合金纳米颗粒组成(K-CoNi_alloy-MgO-CeO₂-SrO)，可产生显著促进ADR的协同作用。

在混合氧化物载体中，CeO_x独特的Ce³⁺/Ce⁴⁺氧化还原对促进了晶粒尺寸最小的CoNi合金纳米颗粒的均匀分散；提高碱度是提高催化性能的关键，通过在MgO和CeO₂中加入Sr以及额外的K启动子，可以进一步提高催化性能。

因此，在450℃下K-CoNi_alloy-MgO-CeO₂-SrO催化剂在气时空速(GHSV)为6000 mL h^-1 g_cat^-1和12000 mL h^-1 g_cat^-1下的氨转化效率分别为97.7%和87.50%；在500℃下，K-CoNi_alloy-MgO-CeO₂-SrO上H₂的生产速率(57.75 mmol g_cat^-1 min^-1)，性能与大多数报道的Ru基催化剂相当。更重要的是，该催化剂在500℃下，在固定床反应器(5.0 bar，120 h)和膜反应器(600 bar，1.5 h)中能够稳定运行。

密度泛函理论(DFT)计算结果表明，与单一金属和其他合金催化剂相比，合金催化剂的最佳Co:Ni比率增强了催化性能。更重要的是，金属/氧化物界面上的活性位点促进了被吸附的N原子的重组和随后的N₂解吸，并显著降低了活化能垒。

这种显著的活性和稳定性归因于高表面积、混合氧化物支持、小晶体尺寸、供电子启动子、多金属活性界面、多相活性物种间的强相互作用以及N₂解吸的有利活性位点。该项工作所报道的K-CoNi_alloy-MgO-CeO₂-SrO是首个表现出在450℃下接近完全的氨转化优异性能的无钌催化剂，这将促进更多利用丰富材料开发先进氨分解技术的研究，有利于可持续氢气的绿色生产。

Hydrogen Generation via Ammonia Decomposition on Highly Efficient and Stable Ru-free Catalysts: Approaching Complete Conversion at 450 °C. Energy & Environmental Science, 2022. DOI: 10.1039/D1EE03730G

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EES: 高效稳定的无Ru催化剂催化氨分解制氢：在450℃下接近完全转化

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