金属氧化物载体与碱金属修饰对钌活性位点的协同调控及其低温氨分解性能研究

本文系统研究了沉积-沉淀法（DP）制备的Ru基催化剂在低温氨分解中的性能优化机制。通过调控γ-Al2O3等金属氧化物载体与Na/K/Cs碱金属修饰的协同作用，实现Ru活性位点电子密度提升（XPS验证）和氧空位（Ov）富集（CO2-TPD表征），最终使3 wt.% Ru/γ-Al2O3-Na催化剂在400°C达到82.3% NH3转化率和61.0 mmol·gRu-1·min-1的产氢速率（WHSV=2000 mL?1·gcat?1·h?1），为氢能载体转化提供新策略。

　　

Highlight

我们通过沉积-沉淀法（DP）系统探究了金属氧化物载体与碱金属修饰对Ru活性位点的调控机制。当采用γ-Al₂O₃为载体并引入Na修饰时，催化剂在400°C展现出82.3%的氨转化率，产氢速率高达61.0 mmol·g_Ru^?1·min^?1，这得益于载体表面氧空位对H*的快速转移作用（DRIFTS证实）以及碱金属的电子捐赠效应（XPS显示Ru 3d轨道位移）。

Role of metallic oxide supports over ammonia conversion

对比Ru/γ-Al₂O₃、Ru/MgO、Ru/Pr₆O₁₁和Ru/La₂O₃的性能发现，γ-Al₂O₃以46.0%的转化率胜出（400°C）。BET测试揭示其介孔结构（孔径~8.7 nm）和超高比表面积（238 m²/g）为Ru纳米颗粒分散提供理想环境，而H₂-TPR证明该载体能显著降低RuO_x还原温度至156°C。

Conclusion

Na修饰的3 wt.% Ru/γ-Al₂O₃催化剂通过"电子桥梁"效应（碱金属→氧空位→Ru）和"氢溢流"效应协同作用，成功突破低温氨分解瓶颈。该工作为氢能储存-转化一体化系统提供了材料设计范式。