近期，物理學院光驅動雙碳研究團隊的李亞光博士等人發現鎳單原子化可以提高鎳催化劑的NH₃裂解制氫活性，并與光熱系統耦合成功的實現了高效太陽光致熱氨氣裂解制氫，相關工作“Low Temperature Thermal and Solar Heating Carbon-FreeHydrogen Production from Ammonia Using Nickel SingleAtom Catalysts”以河北大學為第一單位發表在《先進能源材料》(Advanced Energy Materials,IF=29.698,2022, 2202459)。李亞光博士為論文第一兼通訊作者，張志波博士和葉金花教授為共同通訊作者。

NH₃催化裂解制氫是構建零碳氫能系統的基礎技術之一，以鎳元素為代表的非貴金屬材料是NH₃裂解制氫的主要催化劑。雖然人們已經設計了多種非貴金屬催化劑，但其NH₃裂解制氫反應仍然需要較高的溫度（600-850 ℃），阻礙了NH₃裂解制氫的廣泛應用。該項工作中，李亞光等人聯合葉金花教授、張志波博士通過理論計算預測鎳單原子可以改變鎳催化劑與NH₃的鍵合模式，從而提高鎳催化劑的NH₃裂解活性。根據理論結果，研究團隊利用溶膠-凝膠法合成了Ni單原子/CeO₂二維材料(SA Ni/CeO₂)，在300 ℃的低溫下展現出優異的NH₃催化裂解性能，其H₂產率為3.544 mmol g^-1min^-1，優于所有的非貴金屬催化劑和大多數貴金屬催化劑。將SA Ni/CeO₂與課題組自制的光致熱器件相結合，在一個標準太陽光輻照下，SA Ni/CeO₂的NH₃催化裂解產氫速率達到1.58mmol g^-1min^-1，是目前已報道的自然太陽光驅動NH₃催化裂解制氫記錄速率的100倍以上，顯示出在零碳氫能源系統中實際應用的潛力。

以上工作得到河北省自然科學基金、河北省科技廳、河北省教育廳、河北大學生命科學與綠色發展研究院、河北大學自然科學多學科研究項目、北海道大學的光激子項目，廣東科學院、催化基礎國家重點實驗室的資助以及河北大學物理學院公共測試中心的大力支持。

論文鏈接：https://doi.org/10.1002/aenm.202202459

（物理學院、科學技術處供稿）