低温等离子体氨分解制氢技术作为实现温和条件下高效制氢的前沿方向，近年来在反应器设计、机理研究及催化剂开发方面取得了显著进展。

低温等离子体氨分解制氢的研究进展

近年来，低温等离子体（NTP）技术因其能在相对较低的温度下活化氨分子而备受关注，主要进展集中在以下几个关键领域：

1. 反应器构型的创新与优化

研究团队致力于开发高效的等离子体反应器以降低能耗并提高转化率。

• 铁电填充床反应器（FBD）： 创新性地采用了铁电填充床等离子体反应器，在常温常压条件下实现了40%的氨分解率。研究发现，通过引入Ru-Al?O?涂层，利用其高介电常数增强等离子体电流，而非依赖传统的表面催化作用，显著提升了反应效率。
• 等离子体增强双膜系统： 构建了等离子体增强双膜氨分解系统（PEDMADS），在400℃的温和条件下实现了高效制氢（产率达1567 mmol g?? h??），并集成分子筛膜回收未反应氨，显著降低了碳足迹。

2. 反应机理的深入解析与理论突破

科学家们利用多尺度模拟和光谱诊断技术，揭示了等离子体环境下独特的反应路径。

• 电子碰撞主导机制： 研究证实，在等离子体场中，氨分解主要由高能电子碰撞解离主导，其所需能量（约4.7 eV）远低于热裂解断键能。
• 火山关系与描述符移动： 结合密度泛函理论（DFT）和微观动力学模拟（MKM），发现催化活性与氮吸附能（E?）之间存在“火山关系”。在等离子体条件下，吸附能E?从热催化的-0.9 eV（如Ru）移至-0.51 eV（如Co），这为催化剂设计提供了新的理论指导。

3. 催化剂设计的智能化与低成本化

基于新的机理认识，研究重心正从贵金属向非贵金属转移，并引入人工智能辅助设计。

• AI辅助筛选非贵金属： 构建了基于可解释随机森林模型（RF+SHAP）的高通量筛选体系，锁定了Fe?Cu、Ni?Mo等地球丰度高的合金催化剂。实验表明，这些催化剂在400℃及等离子体辅助下，氨转化率提升了约13倍，制氢成本低于1 USD/kg H?。
• 多尺度催化设计框架： 结合机器学习与非热等离子体技术，成功将催化剂从Ru调变至Co等廉价金属，并预测了多种高活性二元合金催化剂。

4. 综合性能与工程化应用

目前，等离子体催化铁系金属催化剂已成为研究重点，通过调控活性中心、形貌及构建金属-载体相互作用等策略，旨在解决常压和相对温和温度下的活性问题，推动氨-氢能源循环的分布式应用。

（北京优尼泰科实验设备有限公司通过AI总结）

参考文献

1.      国家自然科学基金委员会. 等离子体催化氨气裂解制氢[EB/OL]. (2021-06-15)[2026-07-09].

2.      易颜辉团队. 结合机器学习与非热等离子体的多尺度催化设计框架[R]. 2025.

3.      刘毅教授团队. 等离子体增强双膜氨分解系统（PEDMADS）研究成果[J]. 化工进展, 2024.

4.      大连理工大学催化化学与工程系. 铁电填充床等离子体反应器在氨分解中的应用研究[J]. 物理化学学报, 2023.

5.   大连理工大学. 非平衡等离子体与非贵金属催化剂在氨分解中的协同机理研究[D]. 大连: 大连理工大学, 2022.