综述：从氨到氢：钌基催化剂的演变

《ACS Catalysis》：From Ammonia to Hydrogen: Evolution of Ruthenium-Based Catalysts

本综述系统梳理了钌（Ru）基催化剂在氨分解制氢领域的最新进展，重点探讨了核壳结构、助催化剂（碱/碱土/稀土金属）及载体（CNTs、Al2O3等）对提升金属分散度、热稳定性和低温催化活性的作用，为开发高效低温制氢催化剂提供了重要参考。

　　

氨分解制氢技术概述

氨（NH₃）作为一种富氢载体，其分解反应（2NH₃ → N₂ + 3H₂）是实现高效氢能储存与运输的关键路径。钌基催化剂因其卓越的催化活性，成为该领域的核心研究对象。近年来，研究重点聚焦于通过优化催化剂结构、引入助剂及筛选载体材料，以降低钌用量并提升低温反应性能。

核壳结构催化剂的设计

核壳结构通过构建活性位点与载体间的限域环境，显著提升钌的分散度与稳定性。例如，以二氧化硅（SiO₂）或氧化镁（MgO）为壳层的设计可有效防止钌颗粒烧结，同时调控反应物扩散路径，从而在低温条件下维持高转化率。

多元金属协同效应

引入铁（Fe）、镧（La）、镍（Ni）等第二金属形成合金或复合位点，可调节钌的电子结构，增强对氨分子的吸附与活化能力。研究表明，La的掺入能促进氮脱附步骤，而Fe的加入则通过电子转移效应降低反应能垒，协同提升整体催化效率。

助催化剂的关键作用

碱金属（如钾、铯）、碱土金属（如钙、钡）及稀土金属作为助催化剂，通过电子给体效应中和钌表面的部分正电荷，弱化氮物种的强吸附，从而加速反应速率。尤其是钾（K）的添加，被证实可显著降低氨分解的起始温度。

载体材料的优化选择

载体如碳纳米管（CNTs）、石墨烯、Al₂O₃、SiO₂和MgO等，通过其比表面积、孔道结构和表面化学性质影响钌的锚定与分散。CNTs因其高导电性和缺陷位点丰富，利于电子转移与活性位点暴露；而MgO的碱性表面则有助于中和反应中间体的酸性，提高稳定性。

合成方法的精密调控

共沉淀法、沉积-沉淀法及等体积浸渍法等合成策略，通过控制前驱体分布与热处理条件，实现钌颗粒尺寸与载体相互作用的精确调控。例如，沉积-沉淀法可制备粒径均一的钌纳米粒子，而浸渍法则更适用于多孔载体的高效负载。

结论与展望

钌基催化剂通过结构设计、组分优化与合成工艺的创新，在低温氨分解制氢领域展现出巨大潜力。未来研究需进一步阐明反应机理与载体-金属界面效应，推动催化剂向低成本、高稳定性及规模化应用方向发展。