等离子体催化剂助力清洁氨生产：推动储能技术的进步

来自 实验室仪器网

氨用于肥料和许多工业过程。它也被视为一种有前途的储存和运输能源的方式，因为它比氢气更安全、更容易处理氨气。科学家们利用等离子体（物质的第四种状态）创造了一种促进氨产量的材料。

如果人们需要工业氢气在生产地以外的其他地方，那么将氢气作为氨运输并储存起来直到需要时会更容易、更安全。那么，理想情况下，人们会根据需要分解需要氢气的地方分解氨，因此，人们需要高效、廉价地从氢气合成氨并将其分解成氢的方法，我们正在研究这两者。

这项研究是由来自不同机构的多学科团队完成的，目前制造氨的方法很昂贵，你需要一个大工厂来使用需要极端温度和压力的工艺来制造氨。

以氨的形式储存和运输氢气

氨可以用作氢气的载体，这意味着它可以在化学品转化为氢气作为能量之前储存和运输化学品。氢气需要大型制造工厂和储存设施。这种新方法可以在离需要的地方更近的地方（甚至可能在现场）的更小的设施中产生氨。如果氨确实必须长距离运输，那也会更便宜。

氢气的能量密度非常低，氢气的移动极其困难。氨具有更高的能量密度——是压缩氢的两倍——并且比氢更容易长距离运输，“首席研究员、管理首席研究物理学家、制造科学负责人说。这可能会为能源存储和运输带来变革。

PPPL：低温等离子体模拟的领导者

科学家现在正在对新论文中详述的一些实验进行模拟，以便该团队能够充分了解原子水平的化学反应过程中发生的事情。模拟对于充分了解化学物质从水和氮气中产生氨的机制至关重要，他们只能根据实验图像猜测不同原子的位置。对该过程中涉及的量子化学有着罕见的理解，该过程被广泛称为等离子体催化，是一个相对较新的领域。

新方法没有使用热催化所需的高热和高压（从氢气和氮气制造氨的旧方法），而是使用电、水、氮气和低温等离子体。在低温等离子体中，不带电的分子相对凉爽或处于室温。然而，电子非常热。电子有足够的能量来改变催化剂的表面，敲除某些原子，并在其最外层植入氮或氢原子。

催化剂是一种在不改变过程中加速化学反应的成分。实验中使用的催化剂具有独特的结构，可以实现更节能的化学转化。科学家将这种结构称为非均相界面肤色 （HIC）。

催化剂氧化钨和氮氧化钨并不新鲜。新的是结构和以可控和可扩展的方式制造它的等离子体支持的方法。

催化剂的结构是其效率的关键

HIC的特殊设计有助于在需要的地方产生高活性氢原子，以形成微小的空隙，称为氮空位，非常适合氮分子。这些特征协同工作：氢原子将氮转化为氨，空位从空气中吸引更多的氮以保持过程的进行。与旧方法相比，这种方法显着增加了氨的产生量。它还可以最大限度地减少不必要的副反应，例如产生氢气而不是氨气。

生产这种催化剂的过程从大约两天缩短到15分钟，该工艺在产生的氨量方面也优于其他类似方法。研究人员将继续研究使用HIC催化剂提高氨产量的方法。

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