Нынешняя глобальная климатическая чрезвычайная ситуация и наши быстро сокращающиеся энергетические ресурсы заставляют людей искать более чистые альтернативы, такие как водородное топливо. При сжигании в присутствии кислорода газообразный водород выделяет огромное количество энергии, но не выделяет вредных парниковых газов, в отличие от ископаемого топлива. К сожалению, большая часть производимого сегодня водородного топлива производится из природного газа или ископаемого топлива, что в конечном итоге увеличивает его углеродный след.
Аммиак (NH3), углеродно-нейтральное соединение водорода, в последнее время привлекло большое внимание благодаря своей высокой плотности энергии и высокой емкости для хранения водорода. Он может разлагаться с выделением газов азота и водорода. Аммиак можно легко сжижать, хранить и транспортировать, а при необходимости превращать в водородное топливо. Однако получение водорода из аммиака представляет собой медленную реакцию с очень высокими энергозатратами. Для ускорения производства часто используются металлические катализаторы, которые также помогают снизить общее потребление энергии при производстве водорода.
Недавние исследования показали, что никель (Ni) является многообещающим катализатором для расщепления аммиака. Аммиак адсорбируется на поверхности Ni-катализаторов, после чего связи между азотом и водородом в аммиаке разрываются, и они выделяются в виде отдельных газов. Однако получение хорошей конверсии аммиака с использованием Ni-катализатора часто требует очень высоких рабочих температур.
В недавнем исследовании, опубликованном в Катализ ACS Команда исследователей из Токийского технологического института во главе с доцентом Масааки Китано описала решение для преодоления проблем, с которыми сталкиваются катализаторы на основе Ni. Они разработали современный Ni-катализатор на основе имидида кальция (CaNH), который может обеспечить хорошую конверсию аммиака при более низких рабочих температурах. Доктор Китано объясняет: "Нашей целью было разработать высокоактивный катализатор, который был бы энергоэффективным. Наше добавление имидида металла в каталитическую систему не только улучшило ее каталитическую активность, но и помогло нам разгадать неуловимый механизм работы таких систем".
Команда обнаружила, что присутствие CaNH приводит к образованию NH2- вакансии (Vnh) на поверхности катализатора. Эти активные компоненты привели к улучшению каталитических характеристик Ni / CaNH при температурах реакции, которые были на 100 ° C ниже, чем те, которые необходимы для функционирования катализаторов на основе Ni. Исследователи также разработали вычислительные модели и провели изотопную маркировку, чтобы понять, что происходит на поверхности катализатора. Расчеты предложили механизм Марса? ван Кревелена, который включал адсорбцию аммиака на поверхности CaNH, его активацию в NH2-вакансионные участки, образование газообразных азота и водорода и, наконец, регенерация вакансионных участков, стимулируемая наночастицами Ni.
Высокоактивный и долговечный катализатор Ni/CaNH может быть успешно использован для получения газообразного водорода из аммиака. Кроме того, понимание механизма катализа, полученное в результате этого исследования, может быть использовано для разработки катализаторов нового поколения. "Поскольку весь мир работает сообща, чтобы построить устойчивое будущее, наши исследования направлены на решение проблем, с которыми мы сталкиваемся на пути к более чистой экономии водородного топлива", - заключает доктор Китано.
Это луч надежды для мировой миссии по снижению выбросов углерода!
Комментарии