制氫可望更便宜 科學家開發「超級催化劑」活性隨時間增強

奈米簇催化劑模型，釕原子是綠色和白色（白色原子是突出活性點），它們簇在石墨化碳載體（由黑色原子代表），釕原子排列成扁平金字塔。(圖/諾丁漢大學)

氫氣被視爲新一代的環保然料，不過，氫氣必須人爲製作，因此如何降低制氫的成本並增加效率成爲重要的目標。科學家剛剛開發了一種突破性的制氫方式，從氨氣中分離氫氣，而且反應過程中的催化劑相當獨特，它的活性隨着時間的推移而增加反應效迕，與大多數會降解的催化劑不同。

每日科學(ScitechDaily)報導，這項新發現發表在英國皇家化學學會旗艦期刊《化學科學》(Society of Chemistry)上進行了詳細介紹。英國諾丁漢大學(University of Nottingham’s)化學學院、伯明翰大學(University of Birmingham)、卡迪大學(Cardiff University)合作的研究團隊，研發出一種碳基釕化合物，它是嵌入石墨化碳(graphitized carbon)中的奈米釕 (Ru)，組織成的新型材料。

這些釕奈米團簇與氨發生反應，催化其分解成氫和氮。

氨氣的生產已經有一百多年的歷史，它本身也是一種不錯的零碳能源載體，而且易保存、能量密度高。再從氨氣裂解爲氫氣 (H2) 和氮氣 (N2)，就成不錯的制氫方式。

雖然催化劑失活很常見，但催化劑很少會隨着使用而變得更加活躍。因此，瞭解催化劑活性變化背後的原子級機制，對設計下一代多相催化劑就成爲重要的課題。

研究小組聯合負責人費南迪茲(Jesum Alves Fernandes)博士解釋說：「傳統催化劑由奈米顆粒組成，大多數原子無法參與反應。而我們的方法是從單個原子開始，這些原子自組裝成所需大小的團簇。因此，當簇的足跡達到 2-3 nm奈米平方時，我們可以人爲停止簇的生長，確保大多數原子，保留在表面並可用於化學反應。」

「在這項研究中，我們利用這種方法，直接從碳載體中的原子生長釕奈米團簇。」

研究人員現在利用磁場控制，產生金屬原子通量來建構催化劑。這種無溶劑和試劑的技術能夠製造出清潔、高活性的催化劑，確保最有效地利用釕 (Ru)這樣的稀有元素。