一种能够更高效地将氨分解为氢气的催化剂合成方法已经被开发出来。氨由3个氢原子和1个氮原子构成,含氢量高,因而作为适合长距离运输和大容量储存的氢载体而备受关注。氨在全球范围内已经建成了较为完善的运输和储存基础设施,被评价为比其他氢载体更具经济性,但在用氨作为原料在用氢地分解并生产氢气的技术方面,目前仍处于初期开发阶段。


韩国能源技术研究院3日表示,该院氢研究团的研究团队(负责人为研究员 Koo Ki-young)开发出了一种新概念氨分解催化剂合成方法,其性能相比现有技术提高了3倍。


(自左起)Jung Unho 博士、Gu Giyeong 博士、An Byeongseon 博士、Park Yongha 博士。韩国能源技术研究院提供

(自左起)Jung Unho 博士、Gu Giyeong 博士、An Byeongseon 博士、Park Yongha 博士。韩国能源技术研究院提供

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研究团队开发技术的核心是钌(Ru)催化剂。使用钌作为催化剂时,即便在比其他催化剂低100摄氏度以上的500~600摄氏度条件下,也能快速分解氨。


但钌是一种仅存在于少数国家的极其稀有金属,在催化剂中的应用存在困难。为此,目前一直通过将钌制备为纳米级尺寸,以少量用量实现所需性能。然而,纳米催化剂的大规模生产工艺复杂、制造成本高,对推动氨分解技术的商业化形成了限制。


为解决上述问题,研究团队开发了基于多元醇工艺的新概念钌催化剂合成方法,从而提升了催化剂的经济性。实际结果显示,通过这一新概念合成方法制备的催化剂,其氨分解性能比现有催化剂高出3倍以上。


研究团队采用的多元醇工艺,主要用于将金属合成为纳米颗粒。在传统工艺中,为了防止颗粒之间发生团聚,需要加入稳定剂,因此工艺步骤复杂、成本也随之增加,这是其一大缺点。


对此,研究团队构思出一种即便不使用稳定剂也能控制纳米颗粒凝聚的方法。他们注意到,被称为碳链(碳原子彼此相连的结构)的有机分子长度会影响颗粒的凝聚程度,因而通过调节碳链的结构和长度,可以在无需额外添加剂的情况下,有效抑制纳米颗粒的凝聚。


实验证实,当使用碳链较长的丁二醇时,即便不使用稳定剂,也可以使粒径为2.5纳米的钌颗粒均匀分散,并形成氢气生成反应所发生的“B5位点(3个钌原子位于台阶状表面,其上方有2个原子位于台阶露台边缘的结构)”。


通过这一方式制备的催化剂,与未使用丁二醇的传统钌催化剂相比,活化能降低了20%,氢气生成速率提高了1.7倍。此外,从单位体积的氨分解反应性能来看,其表现比采用传统合成法制备的催化剂高出3倍以上,从而具备了实现经济性的可能。


Koo Ki-young博士表示:“此次开发的氨分解催化剂合成技术,是一项有望解决现有纳米催化剂大规模制造局限性和成本问题的实用技术。今后有望为氨分解催化剂技术的国产化和实用化作出贡献。”



另一方面,本次研究在科学技术情报通信部国家科学技术研究会“全球TOP战略研究团”支持项目的资助下开展。研究成果已作为纳米领域知名学术期刊《Small》的封面论文发表。


本报道由人工智能(AI)翻译技术生成。

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