氢因其高能量密度和无碳排放成为清洁能源的灯塔。尽管有这些优点，氢燃料离商业化还很远。液化氢需要大量的能量和极低的温度，这使得它的大规模生产和长途运输非常具有挑战性。
幸运的是，氨是一种很有前途的氢载体，它可以在较温和的条件下很容易地液化，运输，并在催化剂的帮助下分解，产生纯氮气和所需的氢气。
多年来的研究发现，在镍(Ni)等非贵金属催化剂存在的情况下，碱性氧化物载体通过促进电子赋能来促进氨分解反应。在含氮载体材料中也可以看到类似的促进氨催化的能力。前者对催化剂要求较高的工作温度，而后者对空气和水高度敏感，这可能导致不可逆的失活。
在最近发表在《先进能源材料》上的一项突破中，由东京工业大学(Tokyo Tech)的Masaaki Kitano教授领导的研究小组克服了这些障碍，他们开发了一种高活性的镍基氨分解催化剂，该催化剂由六方氧化钛钡氮化(h-BaTiO3−xNy)支撑。
与传统镍基催化剂相比，新型无贵金属催化剂在较低的工作温度下具有优异的氨分解速率。“像钌这样的贵金属通常用作氨分解催化剂，但价格非常昂贵。这项研究提出了一种基于Ni的替代品，在低温下显示出良好的产氢速率，这一壮举很难实现，因为在一定温度以下，氮对Ni的亲和力较弱，”Kitano教授解释说。
在他们的研究中，研究小组探索了钙钛矿型氮氧化物——一类以其稳定性和形成氮空位的能力而闻名的材料。但到目前为止，它们还没有被开发成低温氨分解催化的支撑材料。
在温和的条件下，研究人员通过氮气和Ni/h-BaTiO3 - xHy氢化物反应，合成了新的Ni/h-BaTiO3 - xny催化剂。然后对所得催化剂进行氨分解实验，分析其反应速率和效率。
该团队还进行了一系列分析测试和数学计算，以了解其催化机制。
结果表明，用N3 -离子取代BaTiO3晶格上的O2 -位点可使ni基催化剂的工作温度降低140℃以上，显著优于传统的ni基氨分解催化剂及其氢氧化物前驱体。
此外，同位素实验和傅里叶变换红外光谱测量表明，N3 -空位是金属载体界面分解反应的活性位点，其中Ni促进了氮气从载体上的解吸。研究小组还发现，Ni/h-BaTiO3−xNy在水中是稳定的，其催化活性在暴露后几乎不受影响。
实际上，该研究阐明了催化机理，突出了N3 -离子取代在促进氨分解催化中的意义。这些见解可以促进各种由镍、钴和铁组成的高活性非贵金属催化剂的发展。“这将有助于从氨中生产氢燃料变得更加可行，为更清洁的能源和更绿色的地球铺平道路，”北野教授总结道。
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希望本篇文章《氨分解镍催化剂：耐水钙钛矿-氮氧化物的创新负载》能对你有所帮助！
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