De N₂ -naar-NH₃ conversie is een fundamenteel chemisch proces om stikstof te leveren aan de moderne industrie en landbouw. Er zijn enorme inspanningen geleverd sinds de uitvinding van het Haber-Bosch-proces, maar het is nog steeds een uitdagende taak om N₂ te leveren -naar-NH₃ conversie onder milde omstandigheden.

Een algemeen probleem komt voort uit de schaalrelaties, die een schijnbare tegenstelling opleggen tussen de mogelijkheden van een katalysator om N₂ te activeren en om NH₃ . vrij te geven . Dit resulteert in een vulkaancurve van de katalytische activiteit voor de N₂ -naar-NH₃ conversie, en vormt dus een limiet op de katalytische prestatie door het optimale katalysatorontwerp.

Dit is het Sabatier-principe voor het katalysatorontwerp, dat stelt dat de adsorptie van een relevant tussenproduct op de optimale katalysator niet te sterk en niet te zwak mag zijn. Met andere woorden, de optimale katalysator moet een compromis zijn. Daarom is het aantrekkelijk om de katalytische processen te identificeren en op te helderen die niet worden gedicteerd door de schaalverhoudingen, om zeer efficiënte heterogene katalysatoren te ontwerpen die verder gaan dan het compromis.

Onlangs heeft een onderzoeksteam onder leiding van Prof. Hai Xiao van de Tsinghua University, China, de thermokatalytische mechanismen voor N₂ -naar-NH₃ conversie op de intermetallische elektroden LaRuSi door eerste-principe berekeningen. Ze vinden dat een actieve plaats in de kom, bestaande uit La-kationen aan het oppervlak en een negatief geladen Si-atoom onder het oppervlak, afkomstig van de aard van de elektroden, de sleutel is tot de efficiënte katalyse van N₂ -naar-NH₃ conversie.

De elektrostatische en orbitale interacties tussen deze actieve plaats van de kom en reactietussenproducten verbeteren de N₂ aanzienlijk activering die resulteert in negatief geladen N₂ voor gemakkelijke splitsing van NN-binding, terwijl de adsorptie van NH_x wordt gedestabiliseerd (x =1, 2, 3) soorten die positief geladen H-atomen bevatten, wat de desorptie van het uiteindelijke NH₃ vergemakkelijkt Product. Het is deze specifieke bowl-actieve site die bestaat uit f -Blokkeer La-kationen en elektride Si-anion dat de schaalrelaties verbreekt voor zeer efficiënte N₂ -naar-NH₃ conversie.

In vergelijking met andere intermetallische elektrokatalysatoren die isostructureel zijn voor LaRuSi, bevestigen ze expliciet het verbreken van schaalrelaties tussen de adsorptie van NH_x soorten en die van N. De adaptieve elektrostatische interacties die worden uitgeoefend door de actieve plaats van de kom spelen de sleutelrol bij het verbreken van de schaalrelaties voor N₂ -naar-NH₃ conversie.

Ze identificeren ook de mogelijke aanwezigheid van vergelijkbare actieve plaatsen in andere soorten zeer efficiënte heterogene katalysatoren. Daarom stellen ze deze kom-actieve site met adaptieve elektrostatische interacties voor als een ontwerpconcept, dat nieuwe inzichten werpt op het ontwerp van zeer efficiënte heterogene katalysatoren voor de N₂ –naar–NH₃ conversie, evenals andere katalytische reacties die worden gedicteerd door de schaalrelaties.

De resultaten zijn gepubliceerd in Chinese Journal of Catalysis . + Verder verkennen

Nieuwe recensie belicht innovatieve katalysatoren:ontwerp en toepassing