氮气预处理构建Ru-CeO2界面氧空位缓解氢抑制效应实现高效氨分解制氢

本研究针对Ru基催化剂在氨分解制氢反应中存在的氢中毒效应（H-poisoning）问题，通过氮气预处理调控Ru-CeO2界面结构，成功构建富含氧空位（v-CeO2）的电子富集Ru活性位点。该策略使0.4 wt.%低负载量催化剂在450°C下实现3,964 mmol·gRu?1·min?1的产氢速率，较传统方法提升7倍，为氢能存储与转化提供了安全高效的新路径。

　　

氨作为氢能载体因其高储氢密度（17.7%）和易液化特性备受关注，但其分解制氢需克服高达+92.5 kJ/mol的吸热势垒。钌（Ru）因其适中的氮吸附能成为理想催化剂，但反应中解离的氢原子（H*）会强吸附于Ru位点导致活性位点中毒，这一氢抑制效应（H-poisoning）长期制约催化效率。更棘手的是，传统缓解策略依赖易燃还原气体预处理，存在安全风险且反应机制不明确。

山东大学的研究团队在《Applied Catalysis B: Environment and Energy》发表研究，创新性地采用惰性氮气（N₂）预处理重构Ru/CeO₂界面结构。通过调控金属-载体相互作用（MSI），在CeO₂表面诱导产生丰富氧空位（v-CeO₂），使低负载量（0.4 wt.%）Ru催化剂在500°C实现82%氨转化率，产氢速率较空气预处理催化剂提升7倍。

研究团队采用胶体法合成面心立方（fcc）结构的Ru纳米簇（1.5±0.5 nm），通过水热法制备CeO₂纳米棒载体。关键创新在于对比N₂、H₂和空气三种预处理气氛对界面结构的调控作用，结合原位X射线吸收谱（XAS）、电子能量损失谱（EELS）等技术追踪反应过程中氧空位动态变化，并通过同位素实验和动力学分析阐明氢溢流路径。

Structural determination and Catalytic performance of Ru/CeO₂ catalysts
表征显示N₂预处理形成的Ru/CeO₂-N催化剂具有独特的界面电子结构：原位XAS证实反应条件下界面Ru呈现电子富集态（Ru^δ?），EELS证实氧空位浓度较传统催化剂提升3倍。这种结构促使H*通过直接脱附或向CeO₂表面溢流快速离开活性位点，使N-H键断裂的表观活化能降低40%。

Conclusions
该研究突破传统还原/氧化预处理范式，证明惰性气氛可优化MSI：氮气诱导的氧空位作为电子库，稳定了反应中界面Ru的富电子态，使H*吸附能降低0.3 eV。由此建立的"界面氧空位-电子传递-氢溢流"协同机制，为设计抗氢中毒催化剂提供了新思路，且避免了易燃气体预处理的安全隐患。

CRediT authorship contribution statement
Chun-Jiang Jia团队通过多尺度表征与动力学模拟结合，首次揭示N₂预处理对Ru-CeO₂界面动态重构的调控规律。该工作不仅阐明氢抑制效应的本质是界面电子结构失衡，更开发出可规模化制备的高效氨分解催化剂，对推进氢能供应链安全化具有重要实践价值。