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Oxygen-Vacancy-Engineered Ru/Sr-Doped CeO 2 Catalysts Enable Accelerated N–H Cleavage and N–N Recombination for Ammonia Decomposition

材料科学 催化作用 氢溢流 制氢 兴奋剂 空位缺陷 氢气储存 氧气 密度泛函理论 分解 键裂 氨生产 吸附 劈理(地质) 雷亚克夫 光化学 活化能 间质缺损 电子结构 化学工程 无机化学 离解(化学) 化学物理 电子转移 混合功能 氢燃料 带隙
作者
Qasim Qasim,Jing Li,Ye Wang,Linghui Su,Habibullah,Dengrong Sun,Wanglai Cen
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:18 (10): 15214-15224 被引量:1
标识
DOI:10.1021/acsami.5c26132
摘要

Ammonia is a promising vector for hydrogen storage and transport; however, its catalytic decomposition is often limited by the kinetic trade-off between N–H bond cleavage and N–N recombination. Herein, we report a Ru/Sr-doped CeO2 catalyst in which aliovalent Sr2+ substitution for Ce4+ induces abundant oxygen vacancies (Ov). The optimized Ru/Sr0.1Ce0.9O2−δ exhibits higher NH3 conversion at 450 °C, delivering a hydrogen production rate of 2713 mmolgRu–1 min–1 (45% higher than pristine Ru/CeO2), outperforming most reported Ru-based systems. Combined characterization and DFT calculations revealed that Sr doping introduced lattice charge imbalance, lowering the energy barrier for oxygen vacancies (Ov) formation. The increased vacancy concentration alters the local electronic structure and enhances electron transfer to Ru. Together, these effects modulate NH3 adsorption and activation while facilitating N–N recombination. Furthermore, the defective support promotes hydrogen spillover from Ru to the support, effectively mitigating hydrogen poisoning and ensuring remarkable stability under realistic conditions. This study demonstrates that vacancy engineering via aliovalent doping establishes favorable electronic and hydrogen spillover characteristics, thereby enabling efficient and durable NH3-to-H2 conversion.
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