近日，科學科學中國科學院大連化學物理研究所氫能與先進材料研究部氫化物能源化學研究中心（DNL1901組群）陳萍研究員、家氨進展郭建平研究員、分解高文波副研究員團隊在氨分解制氫研究中取得新進展，制氫中開發了一種由堿金屬及其氨基化合物介導的研究化學鏈氨分解制氫（CLADH）新工藝。與傳統熱催化氨分解制氫（TADH）工藝相比，得新CLADH能夠在更低的新聞溫度下實現高效氨分解，為溫和條件下的科學科學制氫提供了全新思路。

氨分解制氫是家氨進展“氨-氫”能源技術路線的關鍵環節之一，當前迫切需要開發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（2NH₃(g) ? N₂(g) + 3H₂(g)）是制氫中一個吸熱增熵反應，在400℃、研究1bar條件下，得新該反應的新聞平衡轉化率可超過99%。然而，科學科學由于反應存在較大的動力學阻力，傳統的TADH過程通常需要在較高的溫度才能實現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計開發新型高效的氨分解催化劑，但目前幾乎沒有熱催化劑能夠在較低溫條件下（≤ 400℃）實現氨的完全轉化。因此，開發溫和條件下的高效氨分解催化劑或新工藝是該領域的研究重點。

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本工作中，團隊基于前期的氫化物介導低溫催化合成氨（Nat. Chem.，2017；Nat. Catal.，2021；Nat. Chem.，2024）、亞氨基化物介導熱化學鏈（CLAS）合成氨（Nat. Energy，2018； ACS Energy Lett.，2023）、過渡金屬-氨基化合物介導的高效氨分解制氫（Angew. Chem. Int. Ed.，2015）等研究，提出了CLADH新工藝。研究發現，采用NaNH2或KNH2作為載氨體的CLADH過程包括兩個步驟：第一步為氨化過程，即金屬Na或K分別與NH3反應生成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)）；第二步為分解過程，即NaNH₂或KNH₂在275℃以上分解為N₂和H₂，同時再生金屬Na或K，完成循環 （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CLADH的轉化率分別為99%和98%，接近完全轉化。而在相同溫度下，MnN-KNH₂、MnN-NaNH₂在TADH的氨分解轉化率僅有7%和13%。此外，CLADH過程的兩步反應具有較大的反應焓值，理論上的儲熱密度約為現有MgH₂/Mg和Mg₂FeH₆/MgFe儲熱材料體系的1.5倍，在儲熱研究領域具有應用潛力。本工作開發了一種溫和條件下實現高效氨分解的新工藝，并展示了化學鏈過程在熱能存儲領域應用的潛力。

相關工作以“Chemical Looping Ammonia Decomposition Mediated by Alkali Metal and Amide Pairs for H2 Production and Thermal Energy Storage”為題，于近日發表在《先進能源材料》（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研發計劃、國家自然科學基金、中國科學院青促會等項目的支持。（文/圖 馮圣、高文波）

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