来自英国的科学家遇到了一个神秘的现象：他们提出的从氨中生产氢气的催化剂以一种莫名其妙的方式运行。通常，催化剂在运行过程中会降低它们的活性，但相反，新的催化剂变得越来越有效。这导致研究人员研究物质的原子结构，从所有迹象来看，这违反了物理定律。
图片来源： 诺丁汉大学
氨被认为是能源最密集的载体之一。但是，为了直接使用，必须将其分解成氢气 （H₂） 和氮气 （N₂）。在催化剂（如钌 （Ru））存在下，该反应最有效，钌 （Ru） 是一种稀土元素。诺丁汉大学化学系的研究人员与伯明翰大学和卡迪夫大学合作，开发了一种具有纳米级钌夹杂物的石墨棒基催化剂。钌纳米团簇与氨接触并将其分解成氢和氮。令人惊讶的是，催化剂作用的时间越长，其活性就越高，反应也就加速了。
“我们惊讶地发现，碳中的纳米簇的活动实际上会随着时间的推移而增加，这与催化剂在使用过程中通常发生的除污过程相矛盾。这一令人兴奋的发现无法用传统的分析方法来解释，所以我们开发了一种显微镜方法，用于在不同的反应阶段使用扫描扫描式电子显微镜来计算每个催化剂纳米集群中的原子。我们已经在原子水平上发现了一系列微妙但重要的转变，”化学系研究员Yifan Chen博士说。
催化元件是通过磁控溅射制成的，其中磁场中的等离子体溅射靶材（在本例中为钌）并在载体（石墨棒）上溅射材料。这种方法确保大多数催化剂原子被放置在载体的表面，在那里它们可以与原材料相互作用，而不是留在材料深处。催化剂是用磁星喷射法制造的，即磁场中的等离子体喷射靶（在这种情况下是流弹），并将材料喷到载体（石墨棒）上。这种方法将大多数催化剂原子放置在载体表面上，在那里它们可以与原料相互作用，而不是停留在材料深处。
对催化剂原子结构的研究表明，在操作过程中，钌自发地聚集成面积为 2-3 nm² 的纳米团簇。这些纳米团簇形成阶梯状截断金字塔。在这种形式下，催化剂逐渐增加活性表面的面积，这解释了其效率增加的原因。对催化剂原子结构的研究表明，在工作过程中，线程会自发地聚集在2-3纳米平方米的纳米集群中。这些纳米集群形成了阶梯式切割的金字塔。在这种类型中，催化剂逐渐增加活性表面面积，这解释了其效率的提高。
，“化学学院教授 Andrey Khlobystov 总结道。“这一发现为催化剂的开发开辟了新的方向，展示了一个稳定的、自我改进的系统，从氨中提取氢气作为清洁能源。我们预计，这一突破将为可持续能源技术的发展做出重大贡献，支持向零碳排放未来的过渡，”化学系教授Andrei Khlobyistov总结道。
