热催化NH3分解产氢是目前广泛应用的技术，发展成熟，没有二次污染。对于热催化NH3分解反应，其反应效率与M-N键的结合能密切相关。强M-N结合强度不利于产物N2解吸，而弱M-N结合强度使得反应物NH3难以活化，反应启动的可能性较小。
目前，由于Ru-N键的适当结合强度，金属Ru被认为是NH3分解产氢中最有效的金属。因此，近年来Ru基催化剂被广泛研究。由于Ru基催化剂在NH3分解反应中具有高度结构敏感性，目前在纳米尺度上可控地构建催化剂以实现高NH3分解效率是一个巨大的挑战。
近日，中国科学院兰州化学物理研究所唐志诚和中国科学院青岛生物能源与过程研究所冯超等合成了碱金属Cs掺杂的MCM-41约束Ru催化剂作为高效的NH3分解催化剂(Cs/Ru-MCM-41)。该催化剂表现出优异的NH3分解性能，在510 °C下NH3分解率达到99.9%，质量空速(WHSV)为15000 gcat-1 h-1，同时也表现出良好的催化稳定性。
系统地表征结果表明，Cs和Ru物种之间存在相互作用，影响Ru-MCM-41催化剂的物理和电子性能。Cs和Ru物种之间相互作用的形成高度依赖于Ru-O-Cs的结构，Ru-O-Cs结构的形成有利于改善Ru纳米颗粒的分散、B5位点的密度、富电子Ru物种的比例和碱位点的数量，从而提高NH3分解效率。
原位DRIFTS和N2-TPD结果表明，Cs作为Ru的有效电子供体，促进了NH3的脱氢，优化了Ru-N键，促进了N2的解吸。此外，研究人员发现，碱金属Cs的引入有利于缓解H对Ru位点的占据，释放更多的Ru活性位点，加速催化循环，并提高Ru-MCM-41催化剂的抗氢中毒能力。
理论计算表明，Ru-O-Cs结构的形成提高了催化剂的电子转移能力，同时在Cs/Ru-MCM-41催化剂上NH3*逐步脱氢、N*重组和H*重组的过程在热力学上比Ru-MCM-41催化剂更有利。综上，该项研究深入阐释了碱金属Cs在Ru基催化剂中的作用，并为合理设计高效稳定的高抗氢中毒NH3分解催化剂提供了方向和一定的理论依据。
The formation of Ru-O-Cs structure over Ru-based catalysts for efficient ammonia decomposition to hydrogen production. Nano Energy, 2025. DOI: 10.1016/j.nanoen.2025.111149