近日，科學(xué)科學(xué)中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所氫能與先進(jìn)材料研究部氫化物能源化學(xué)研究中心（DNL1901組群）陳萍研究員、家氨進(jìn)展郭建平研究員、分解高文波副研究員團(tuán)隊(duì)在氨分解制氫研究中取得新進(jìn)展，制氫中開(kāi)發(fā)了一種由堿金屬及其氨基化合物介導(dǎo)的研究化學(xué)鏈氨分解制氫（CLADH）新工藝。與傳統(tǒng)熱催化氨分解制氫（TADH）工藝相比，得新CLADH能夠在更低的新聞溫度下實(shí)現(xiàn)高效氨分解，為溫和條件下的科學(xué)科學(xué)制氫提供了全新思路。

氨分解制氫是家氨進(jìn)展“氨-氫”能源技術(shù)路線的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，當(dāng)前迫切需要開(kāi)發(fā)溫和條件下高效的分解氨分解制氫新工藝。氨分解制氫反應(yīng)（2NH₃(g) ? N₂(g) + 3H₂(g)）是制氫中一個(gè)吸熱增熵反應(yīng)，在400℃、研究1bar條件下，得新該反應(yīng)的新聞平衡轉(zhuǎn)化率可超過(guò)99%。然而，科學(xué)科學(xué)由于反應(yīng)存在較大的動(dòng)力學(xué)阻力，傳統(tǒng)的TADH過(guò)程通常需要在較高的溫度才能實(shí)現(xiàn)NH₃的完全分解。例如， Ru基催化劑溫度需要500℃以上，而非貴金屬Ni催化劑則需要600℃以上。盡管研究人員一直致力于設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)新型高效的氨分解催化劑，但目前幾乎沒(méi)有熱催化劑能夠在較低溫條件下（≤ 400℃）實(shí)現(xiàn)氨的完全轉(zhuǎn)化。因此，開(kāi)發(fā)溫和條件下的高效氨分解催化劑或新工藝是該領(lǐng)域的研究重點(diǎn)。

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本工作中，團(tuán)隊(duì)基于前期的氫化物介導(dǎo)低溫催化合成氨（Nat. Chem.，2017；Nat. Catal.，2021；Nat. Chem.，2024）、亞氨基化物介導(dǎo)熱化學(xué)鏈（CLAS）合成氨（Nat. Energy，2018； ACS Energy Lett.，2023）、過(guò)渡金屬-氨基化合物介導(dǎo)的高效氨分解制氫（Angew. Chem. Int. Ed.，2015）等研究，提出了CLADH新工藝。研究發(fā)現(xiàn)，采用NaNH2或KNH2作為載氨體的CLADH過(guò)程包括兩個(gè)步驟：第一步為氨化過(guò)程，即金屬Na或K分別與NH3反應(yīng)生成NaNH₂或KNH₂，可在室溫下釋放三分之一的H₂（A(s) + NH₃(g) → ANH₂(s) + 1/2 H₂(g)）；第二步為分解過(guò)程，即NaNH₂或KNH₂在275℃以上分解為N₂和H₂，同時(shí)再生金屬Na或K，完成循環(huán) （ANH₂(s) → A(s) + 1/2 N₂(g)+ H₂(g)）。在MnN催化劑作用下，KNH₂和NaNH₂在400℃和425℃時(shí)CLADH的轉(zhuǎn)化率分別為99%和98%，接近完全轉(zhuǎn)化。而在相同溫度下，MnN-KNH₂、MnN-NaNH₂在TADH的氨分解轉(zhuǎn)化率僅有7%和13%。此外，CLADH過(guò)程的兩步反應(yīng)具有較大的反應(yīng)焓值，理論上的儲(chǔ)熱密度約為現(xiàn)有MgH₂/Mg和Mg₂FeH₆/MgFe儲(chǔ)熱材料體系的1.5倍，在儲(chǔ)熱研究領(lǐng)域具有應(yīng)用潛力。本工作開(kāi)發(fā)了一種溫和條件下實(shí)現(xiàn)高效氨分解的新工藝，并展示了化學(xué)鏈過(guò)程在熱能存儲(chǔ)領(lǐng)域應(yīng)用的潛力。

相關(guān)工作以“Chemical Looping Ammonia Decomposition Mediated by Alkali Metal and Amide Pairs for H2 Production and Thermal Energy Storage”為題，于近日發(fā)表在《先進(jìn)能源材料》（Advanced Energy Materials）上，該工作的第一作者是我所1901組群博士后馮圣。上述工作得到了科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、中國(guó)科學(xué)院青促會(huì)等項(xiàng)目的支持。（文/圖 馮圣、高文波）

文章鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.202401252