综述：用于氢气生产的气态氨分解技术进展：催化剂与新兴途径

《Compounds》：Advances in Gaseous Ammonia Decomposition for Hydrogen Production: Catalysts and Emerging Pathways

　　

摘要

氨（NH₃）是一种极具潜力的无碳氢载体。通过催化分解产生氢气/氮气（H₂/N₂）气流，是“NH₃-H₂”清洁能源循环的核心，前提是必须将残留的氨处理到燃料电池所需的纯度。本综述整合了过去五年中四种主要氨催化分解途径的进展，包括传统热催化、等离子体催化、光（热）催化以及电驱动催化，并在统一的机制与实用框架下进行分析，这使其有别于以往仅针对单一途径的综述。贵金属催化剂，尤其是以钌为基础的催化剂，通过载体设计、助剂效应以及活性位点构建，实现了出色的低温活性。不过我们的分析表明，非贵金属（铁、钴、镍）催化剂及其合金、氮化物和碳化物也取得了显著进展，某些基于钴的双金属体系通过界面氧空位工程和电子结构调控，性能已接近钌的水平。新兴的非热分解途径有效克服了热力学障碍，使得反应温度可低于传统热催化方法200–300 °C，但每种方法在能源效率、稳定性及可规模化方面都存在不同挑战。本文对所有途径在实际应用中面临的关键问题进行了深入评估，包括残留氨的去除与氢气净化、催化剂失活与稳定性、热量管理与能源效率、启动/关闭过程，以及系统集成与经济性等方面。本综述为开发可规模化、低温度的氨分解技术提供了理论指导与实用建议。