Den nuvarande globala klimatnödsituationen och våra snabbt minskande energiresurser får människor att leta efter renare alternativ som vätebränsle. När den bränns i närvaro av syre, vätgas genererar enorma mängder energi men ingen av de skadliga växthusgaserna, till skillnad från fossila bränslen. Tyvärr, det mesta av det vätebränsle som produceras idag kommer från naturgas eller fossila bränslen, vilket i slutändan ökar dess koldioxidavtryck.

Ammoniak (NH ₃ ), en kolneutral väteförening, har nyligen fått mycket uppmärksamhet, på grund av sin höga energitäthet och höga vätelagringskapacitet. Det kan sönderdelas för att frigöra kväve och vätgas. Ammoniak kan lätt flytande, lagrat, transporteras, och omvandlas till vätgas vid behov. Dock, produktionen av väte från ammoniak är en långsam reaktion med mycket höga energibehov. För att påskynda produktionen, metallkatalysatorer används ofta, vilket bidrar till att minska den totala energiförbrukningen även under vätgasproduktion.

Nyligen genomförda studier har funnit att nickel (Ni) är en lovande katalysator för att spjälka ammoniak. Ammoniak adsorberas på ytan av Ni-katalysatorer, varefter bindningarna mellan kväve och väte i ammoniak bryts och de frigörs som enskilda gaser. Dock, att erhålla en god omvandling av ammoniak med användning av en Ni-katalysator involverar ofta mycket höga driftstemperaturer.

I en nyligen publicerad studie publicerad i ACS-katalys , ett team av forskare från Tokyo Tech, leds av docent Masaaki Kitano, beskrev en lösning för att övervinna de problem som Ni-baserade katalysatorer möter. De utvecklade en toppmodern kalciumimid (CaNH)-stödd Ni-katalysator som kan uppnå god ammoniakomvandling vid lägre driftstemperaturer. Dr Kitano förklarar, "Vårt mål var att utveckla en mycket aktiv katalysator som skulle vara energieffektiv. Vår tillsats av metallimiden till katalysatorsystemet förbättrade inte bara dess katalytiska aktivitet utan hjälpte oss också att reda ut den svårfångade arbetsmekanismen hos sådana system."

Teamet upptäckte att närvaron av CaNH resulterade i bildandet av NH ^2- lediga platser (V _NH ) på ytan av katalysatorn. Dessa aktiva ämnen resulterade i den förbättrade katalytiska prestandan hos Ni/CaNH vid reaktionstemperaturer som var 100°C lägre än de som var nödvändiga för Ni-baserade katalysatorers funktion. Forskarna utvecklade också beräkningsmodeller och genomförde isotopmärkning för att förstå vad som hände på katalysatorytan. Beräkningarna föreslog en Mars−van Krevelen-mekanism som involverade adsorption av ammoniak på CaNH-ytan, dess aktivering på NH ^2- lediga platser, bildning av kväve och vätgas, och slutligen regenerering av lediga platser som främjas av Ni-nanopartiklar.

Den mycket aktiva och hållbara Ni/CaNH-katalysatorn kan framgångsrikt användas för generering av vätgas från ammoniak. Också, den insikt i katalysmekanismen som denna studie ger kan användas för att utveckla en ny generation katalysatorer. "När hela världen arbetar tillsammans för att bygga en hållbar framtid, vår forskning är inriktad på att lösa de hicka vi möter på vår väg mot en renare vätgasbränsleekonomi, " avslutar Dr. Kitano.

Detta är en stråle av hopp för världens uppdrag med låga koldioxidutsläpp.