光催化剂实现低能量LED光下室温氨裂解

氨作为一种氢载体，其中每个氮原子结合了三个氢原子，含氢量高达17.6%。虽然其含氢量极高，但利用其中的氢并非易事。大多数氨裂解需要在大型设施中进行的，操作温度至少在650-1000℃。此外，氨裂解所需的热催化剂通常为相当稀有和昂贵的铂族金属（如钌等）。由此可以看出莱斯大学所开发的这种只使用铜和铁在室温下即可进行氨裂解的技术具有重要的价值。

莱斯大学的该研发团队已经从事了30年的 “天线-反应器 ”等离激元光催化剂（"antenna-reactor" plasmonic photocatalysts）的开发工作。这些催化剂为纳米颗粒，表面上点缀着 "天线 "材料，旨在提高催化剂的光吸收能力。经过适当的调整，这类光催化剂能够从环境光—无论是太阳光，还是来自低能量LED的光—中吸收能量，并释放出 "热电子"，其能量即使在环境温度下也足以启动一个有效的化学反应。

该团队所报道的用于氨裂解的 “天线-反应器”型光催化剂以铁作为其反应器(reactor)，铜为天线(antenna)，在实验室测试中，该催化剂所展示出的效率和反应性可与铜-钌相媲美。该研究最初的测试是在一个微小的实验装置中使用激光器产生的光进行的。研究者之一Naomi Halas也是Syzygy Plasmonics公司的联合创始人，该公司旨在将莱斯团队的工作商业化，建造了一个大约500倍大的测试装置，使用高效的LED照明代替激光。在该放大装置中，催化剂仍然一样地高效。Halas表示，“这是科学文献中的第一份报告，表明用LED的光催化作用可以从氨中产生克数级的氢气。”

铜铁光催化剂避免了贵金属的使用，能够使从氨中提取氢气变得更加便宜和容易。此外，它在不需要热量的情况下进行，能够节省能源。而更重要的是，它将引领一种小型、可靠、轻量级和常温的氨裂解装置。Syzygy公司表示，其所开发的最初版本的Rigel光催化反应器产品大约有一台小型洗衣机那么大，每天可处理大约一吨，这取决于它所运行的具体反应。这些反应器可以堆叠起来；如果需要更大的产量，则可以同时运行多个反应器。

该研究的另一位成员Emily Carter补充说，“鉴于其大幅减少化工行业碳排放的潜力，天线-反应器光催化剂值得进一步研究，其他来源丰富的金属组合有可能作为具有良好成本效益的催化剂用于广泛的化学反应”。