氨分解制氢催化剂是一种能够促进氨气（NH₃）在较低温度下高效分解为氮气（N₂）和氢气（H₂）的催化材料。其核心作用是降低反应活化能，提高反应速率，从而实现温和条件下的高效制氢。以下是关于这类催化剂的系统解析：

1. 基本原理

氨分解反应为：
2NH₃ → N₂ + 3H₂（吸热反应，ΔH = +92 kJ/mol）
该反应在无催化剂时需高温（>800℃）才能进行，而催化剂通过优化反应路径，显著降低所需温度（通常至400-600℃）。

2. 关键性能指标

• 活性：单位时间内氨转化率或产氢速率（如mmol H₂/g催化剂·s）。

• 稳定性：抗烧结、抗氢毒化及长期运行能力。

• 成本：贵金属含量与制备复杂度。

• 操作条件：低温、常压下的高效性。

3. 主要催化剂类型及特点

（1）贵金属催化剂

• 代表材料：钌（Ru）、铑（Rh）、铂（Pt）等，其中 Ru基催化剂活性最高。

• 优势：低温（400-500℃）下即可实现高转化率（>90%）。

• 挑战：成本高，易受氢毒化（H*吸附导致活性位点阻塞）。

• 改进方向：

  • 载体优化：使用碳纳米管（CNTs）、CeO₂等增强金属分散性。

  • 电子调控：通过碱性载体（如MgO）削弱Ru-N键，促进氮脱附。

（2）非贵金属催化剂

• 代表材料：镍（Ni）、钴（Co）、铁（Fe）及其氧化物或合金（如CoFe、NiMo）。

• 优势：成本低，资源丰富，适合工业化。

• 挑战：通常需更高温度（500-700℃），活性较低。

• 突破案例：

  • CoFe-CeO₂催化剂（韩国KRICT）：450℃下转化率81.9%。

  • 工业镍基催化剂（中科院大连化物所）：424℃下转化率99.3%。

（3）电驱动催化剂

• 原理：利用电场而非热能驱动反应，打破传统动力学限制。

• 代表材料：Ru/SiC、Co/SiC（SiC为导电载体）。

• 性能：200-230℃下转化率70-85%，能耗仅为热催化的1/4。

• 优势：快速响应，可直接耦合可再生能源电力。

（4）化学链催化剂

• 原理：将反应分步进行（如通过碱金属氨基化合物中间体）。

• 代表材料：LiH、NaNH₂等。

• 优势：实现近100%氨转化，且温度可低至300℃。

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