Một nhóm nghiên cứu từ Đại học Hồ Nam đã công bố kết quả nghiên c cứu trên tạp chí Energy Fuels (DOI: ), đề xuất rằng kỹ thuật điều chỉnh trạng thái spin của xúc tác gốc coban có thể tối ưu hóa quá trình phân hủy amoniac để sản xuất hydro, mở ra một hướng tiếp cận mới cho thiết kế xúc tác và nâng cấp công nghệ chuyển đổi amoniac thành hydro. Nghiên c cứu được thực hiện bởi Gong Xingchen (Khoa Hóa học và Kỹ thuật Hóa học, Đại học Hồ Nam; lĩnh vực nghiên c cứu: phân hủy amoniac sản xuất hydro) và các cộng sự.
Khái niệm nghiên c cứu cốt lõi và đột phá kỹ thuật
Phân h hủy amoniac là con đường chính để sản xuất hydro; hiệu suất của xúc tác kim loại chuyển tiếp trực tiếp quyết định sản lượng hydro, và việc điều chỉnh trạng thái spin của kim loại đã trở thành đòn bẩy quyết định để tùy chỉnh hoạt động xúc tác. Cho đến nay, phương pháp này chưa được chứng minh trong phân h hủy amoniac. Công trình này là nghiên c cứu đầu tiên đạt được điều chỉnh có kiểm soát trạng thái spin của coban trong quá trình phân hủy amoniac.
Nhóm nghiên cứu đã t tổng hợp một loạt xúc tác composite Co/Li₂O–La₂O₃ thông qua phương pháp sol–gel khử tại chỗ và nghiên cứu hệ thống cách thức hàm lượng lanthanum (La) ảnh hưởng đến trạng thái spin của coban:
Đặc trưng cấu trúc và từ tính cho thấy khi hàm lượng La tăng lên, trạng thái spin của coban có thể được chuyển đổi có kiểm soát từ "trạng thái spin cao" sang "trạng thái spin thấp";
trong số các mẫu, xúc tác Co/Li₂O–La₂O₃-2 thể hiện một "trạng thái spin trung gian" độc đáo, một phát hiện trọng tâm được xác nhận bởi cả thử nghiệm thực nghiệm và tính toán lý thuyết phiếm hàm mật độ (DFT).
Ưu điểm hiệu suất của xúc tác spin trung gian
Trạng thái spin trung gian của xúc tác này tạo ra sự phù hợp tối ưu cho quá trình phân h hủy amoniac, giải quyết hiệu quả sự đánh đổi truyền thống giữa "độ bám hút NH₃" và "cân bằng rào cản năng lượng phản ứng":
Độ bám hút NH₃ vừa phải: nó tránh được sự bám hút quá mạnh ở trạng thái spin cao gây cản trở quá trình giải hấp trung gian, đồng thời cũng tránh được sự bám hút quá yếu ở trạng thái spin thấp không thể thu hút hiệu quả các chất phản ứng;
Cân bằng rào cản năng lượng: nó đồng thời cải thiện hiệu suất phân ly H₂ và tốc độ giải hấp N₂, dẫn đến sự cải thiện hiệp đồng của cả hai bước then chốt và tăng hiệu suất chuyển đổi tổng thể amoniac thành hydro một cách rõ rệt.
Giá trị và Ý nghĩa Nghiên cứu
Về mặt học thuật, nghiên c cứu này là công trình đầu tiên xác nhận hiệu quả của "kỹ thuật trạng thái spin" trong việc tối ưu hóa chất xúc tác phân hủy amoniac, vượt ra ngoài sự phụ thuộc truyền thống vào việc điều chỉnh thành phần hoặc hình thái, đồng thời mở ra một hướng nghiên c cứu mới về "điều chỉnh trạng thái điện tử" trong xúc tác dị thể. Về mặt thực tiễn, các chất xúc tác dựa trên coban được tối ưu hóa thông qua kỹ thuật trạng thái spin dự kiến sẽ làm giảm điều kiện phản ứng (nhiệt độ, áp suất) và chi phí phân hủy amoniac, qua đó cung cấp hỗ trợ kỹ thuật cho việc sử dụng quy mô lớn amoniac như một "chất mang hydro" trong sản xuất hydro phân tán và hệ thống lưu trữ/vận chuyển hydro.
