燃料电池催化剂工作原理（这种牛叉催化剂）

近日，催化领域的著名期刊《Journal of Catalysis》报道，日本熊本大学的研究团队开发了一种金属氧化物/陶瓷复合催化剂，它可以有效的催化氨气的燃烧反应，降低点火温度并抑制反应过程中产生有害气体。由于氨气近年来被视为是清洁燃料的潜在候选之一，这项研究进展无疑将为新能源领域的相关研究提供更多可能性。

l 为什么说氨气有潜质成为下一代清洁能源？

上世纪末到本世纪初，页岩气革命、煤制油和生物制甲烷等一系列技术突破让人类似乎摆脱了化石能源耗尽的危机。然而，随着温室气体排放最终被确认为是造成全球变暖趋势的主要原因，人类不得不在新能源开发过程中面对新的课题，那就是如何在开发新型能源的同时降低碳排放。遗憾的是，上述几种技术路线最终都会带来与燃烧化石能源类似的温室气体排放，这让人们对真正清洁能源的需求无比饥渴。

几种常见工农业生产过程中的碳排放量对比，来源：网络

在各种新能源中，氢气一直被认为是最符合清洁能源定义的一种。然而，目前谈论氢气的大规模应用可能还为时尚早，这是因为直接将氢气作为燃料目前仍有技术障碍有待克服。首先，目前的氢气制备过程需要消耗大量电能，制造成本居高不下。其次，由于液化困难以及储氢材料开发进展缓慢，低成本、高安全性的氢气储存和运输方案仍然遥遥无期。

丰田公司生产的氢燃料电池车——未来，来源：丰田官网

于是，科学家们想到了以氨气代替氢气作为清洁能源的替代方案。这是因为氨气中氢元素的含量较高，同时由于氢键的存在，氨气是非常容易被液化的气体之一，这给燃料的运输带来了很大便利。另外，氨气还是很多工业生产过程中的副产物，来源广泛。

l 这次报道的氨气燃烧催化剂有什么意义？

虽然工业界早已将氨气作为燃料在一些场合代替汽油和轻油，直接将氨气作为日常燃料仍然存在一定障碍。首先，氨气的点火温度比较高，燃烧反应的起始条件较苛刻，此外，氨气燃烧过程中会大量产生对环境有害的氮氧化物。

日本科学家开发的这种新型催化剂是一种氧化铜和硅酸铝（或者二氧化硅）复合而成的多相体系。在最初的煅烧过程中，该体系会形成CuAl2O4分布在3Al2O3·SiO2基体中的热稳定结构，从而保持高温下的持续催化能力。

实验结果显示，该催化剂可以在较低温度下实现氨气的点火燃烧，燃烧后的氨气可以选择性生成氮气而非普通条件下的氮氧化物。根据设想，氨气催化燃烧后的燃烧热本身可以用来驱动内燃机或者利用燃烧热分解氨气生成氢气，再进一步对氢气进行利用。此外，在其它需要对氨气进行废气处理的场合，直接催化燃烧不失为成本低廉且安全环保的选择。