【能源革命】无需外部加热！电驱动氨分解技术突破，低温高效制氢时代来临！

"氢能时代的关键突破来了！上海交大团队在《ACS Catalysis》发表新研究成果，开发出电驱动氨分解（EADR）新技术，仅需230℃就能实现85%的氨转化率，能耗直降75%！"

"传统热催化（TADR）需要400℃以上高温，而新型电驱动技术（EADR）通过SiC半导体稳定电场，配合Ru/Al₂O₃催化剂，在230℃就能实现高效分解。

图a-f展示了单晶硅氢化催化剂的基本形态。单晶中的紧密堆积的SiC颗粒赋予了催化剂高机械强度，而良好的涂层与SiC单晶之间的结合确保了电流的传输。如上图所示，与TADR相比，EADR显示出更好的H₂生成能力。在EADR中，以424 ml/min流速实现了3.24g·Lcat.^-1·min^-1的H₂产量，并且仍然观察到改进的趋势。具有更好机械强度和H₂生成能力的单晶硅氢化催化剂将使EADR更加实用。

传统热催化：188W对应85%转化率；电驱动技术：41W对应同等转化率；能效提升达62.4%。

如图a所示，所有催化剂的EADR活性随着功率的增加而单调上升。2Ru/Al₂O₃-SiC显示出最佳的EADR活性，在3W的电输入功率下被激活，并在10W（约230℃）时达到85%的NH₃转化率。图b,c直观地展示了2Ru/Al₂O₃-SiC与文献中选择的先进催化剂在EADR和TADR之间的全面比较。在TADR中，2Ru/Al₂O₃-SiC在275℃时被激活，并且随着温度的升高活性增加。催化剂的T80（NH₃转化率为80%时的温度）高达约510℃。即使在TADR中的先进催化剂中，T80也仅略低于400℃，除了一个电场辅助的NH₃分解研究达到了327℃的温度。然而，与TADR中的情况形成鲜明对比的是，2Ru/Al₂O₃-SiC的EADR显示出约225℃的T80，并且活性接近于相应温度下的热力学平衡转化率（图c）。

降低N₂脱附能垒（Eₐ从81.3→3.1kJ/mol）；促进质子迁移，避免催化剂失活。

国内外普遍认为，电子向Ru-N反键轨道的捐赠和质子从金属-载体界面在N-H键断裂处的跳跃对于N-N重组以及ADR中氢中毒的缓解至关重要。实验表明，高效的EADR主要来源于载流子增强的活性。人们认为电场不仅促进了电子转移以激活吸附剂-金属键和N-N重组，还促进了质子从金属-载体界面跳跃以断裂N-H键，从而缓解了氢中毒问题，如图所示。这些效应降低了活化能垒，促进了产物解吸，并再生了活性位点，从而提高了EADR的活性。

由于NH₃分解的电气化方法突破了催化温度限制，导致能耗减少了4倍以上，预计通过利用低能耗的绿色能源，将克服使用NH₃作为绿色H₂载体的主要障碍。此外，蜂窝式单块催化剂的EADR提供了一种更紧凑、可靠的氢气生产策略，这正是燃料电池动力总成所需要的，最终为FCV的大规模普及铺平了道路。