研究概述

氨硼烷（AB）的高效催化对于实现氢燃料受控能量释放和解决储氢面临的成本挑战具有潜力。

2024年10月23日，苏州大学钟俊教授、北京航空航天大学郭林教授、浙江大学陆俊教授在国际顶级期刊Nature Communications发表题为《Practical H2 supply from ammonia borane enabled by amorphous iron domain》的研究论文。

在这里，作者报告金属铁晶体结构（R-Fe2O3泡沫）上的非晶域可以实现AB催化性能和稳定性（周转频率（TOF）为113.6min−1，在900 h内约为771 L H2，对于10×10 cm2的泡沫为43.27mL/（min cm2）），比报道的基准（45 h内大多数<14 L H2）至少高出20倍。这些显著的提高是由稳定的Fe晶体结构实现的，而非晶域中的缺陷和不饱和原子形成Fe-B中间体，显著降低了H2O和AB的解离能垒。

鉴于催化剂寿命是燃料电池实际应用中的关键决定因素，作者的R-Fe2O3泡沫还可以在驱动的商用汽车燃料电池中以稳定的功率输出（7.8 V和1.6 A至少5小时）提供充足的氢气供应（180 mL H2/min，7.5 wt%H2的AB水溶液）。

考虑到其简单的合成方法，这些材料对于实现持久的高性能AB催化剂和氢动力汽车中可行的化学存储非常有前景。

图文解读

图1：R-Fe2O3泡沫 (800 oC) 在AB水溶液水解中的催化性能

图2：R-Fe2O3泡沫 (800oC)在AB水解中的工作机制

图3：水解反应的DFT计算

文献信息

Chen, Y., Lang, Z., Feng, K.et al. Practical H2 supply from ammonia borane enabled by amorphous iron domain. Nat. Commun. 15, 9113 (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-53574-x.