科研進展
蘭州化物所氨分解制綠氫催化劑研究獲新進展
當(dāng)前，氫能作為零碳高效二次能源，具有廣闊應(yīng)用前景，但其儲運成本高、能耗大等問題嚴(yán)重制約其規(guī)?；瘧?yīng)用。氨（NH3）因其儲氫密度高、儲運便利、易液化且無CO/CO2雜質(zhì)，被認(rèn)為是極具潛力的氫載體。然而，氨分解制氫反應(yīng)屬于強吸熱反應(yīng)，其熱力學(xué)穩(wěn)定性高、反應(yīng)動力學(xué)緩慢，亟需開發(fā)高效催化劑降低其反應(yīng)能壘。Ru基催化劑憑借其獨特的幾何構(gòu)型和電子性質(zhì)，在氨分解制氫領(lǐng)域展現(xiàn)出突出的催化優(yōu)勢。Ru物種獨特的B5位點和優(yōu)異的電子構(gòu)型，共同賦予了Ru基催化劑優(yōu)異的氨分解催化性能，界面工程調(diào)控在其中發(fā)揮核心作用。
基于此，中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所精細(xì)石油化工中間體國家工程研究中心工業(yè)催化課題組創(chuàng)新性地在TS-1分子篩骨架中原位構(gòu)筑Ti空位，精準(zhǔn)調(diào)控Ru物種的幾何和電子結(jié)構(gòu)，為Ru基催化劑設(shè)計提供新策略。
表征結(jié)果表明，TS分子篩中Ti空位的構(gòu)筑可調(diào)控Ru納米顆粒的幾何構(gòu)型，提高其分散度和B5位點濃度。更重要的是，Ti空位可增強TS分子篩與Ru物種之間的金屬-載體相互作用，優(yōu)化Ru與TS分子篩之間的電子轉(zhuǎn)移，調(diào)控Ru位點的電子結(jié)構(gòu)，并誘導(dǎo)形成更多高活性Ru0-Ov-Ti3+界面。原位DRIFTS結(jié)果揭示Ru/d20-TS催化劑上Ti-OH的消耗-再生循環(huán)機制，Ti-OH位點作為NH3吸附位點被消耗，Ru位點是活化NHx中間體誘導(dǎo)N-H鍵斷裂的主要活性位點，Ti3+位點作為質(zhì)子H*受體可誘導(dǎo)催化劑表面Ti-OH的再生，共同建立高效的NH3分解催化循環(huán)。DFT計算進一步揭示了Ru0-Ov-Ti3+結(jié)構(gòu)的內(nèi)在電子性質(zhì)及其在NH3分解各基元反應(yīng)中的熱力學(xué)優(yōu)勢。該工作為未來理性設(shè)計高性能NH3分解催化劑提供了重要理論基礎(chǔ)。
該研究成果以“Ti-Vacancy-Mediated Construction of Ru0-Ov-Ti3+ Interfacial Sites for High-Performance Ammonia Decomposition”為題發(fā)表在Advanced Functional Materials（2026; 0: e75733, https://doi.org/10.1002/adfm.75733）上，博士生何秀姿為論文第一作者，董芳副研究員和唐志誠研究員為共同通訊作者。
上述研究工作得到了甘肅省聯(lián)合科研基金重點項目、蘭州市人才創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)等項目的支持。
圖1.Ru/TS和Ru/d20-TS催化劑的水熱合成過程示意圖，TS和d20-TS的EPR，以及Ru/d20-TS的EDX mapping、HAADF-STEM、HRTEM表征和B5位點示意圖
