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JACS: 鈷基催化劑合成氨的解離和締合協(xié)同機(jī)制

JACS: 鈷基催化劑合成氨的解離和締合協(xié)同機(jī)制
目前氨合成的催化反應(yīng)機(jī)制依賴于解離或締合途徑,其中吸附的N2直接離解或逐步氫化,直到通過(guò)締合吸附釋放NH3后被破壞。
因此,日本國(guó)家材料科學(xué)研究所Hideo Hosono、日本科學(xué)振興機(jī)構(gòu)Masaaki Kitano和上海交通大學(xué)葉天南等提出了在負(fù)載Co的稀土氮化物催化劑(Co/CeN)上合成氨的締合和解離的協(xié)同機(jī)制。
JACS: 鈷基催化劑合成氨的解離和締合協(xié)同機(jī)制
稀土金屬氮化物載體能夠有效促進(jìn)低反應(yīng)溫度下通過(guò)Co基催化劑(Co/CeN)合成氨。在反應(yīng)過(guò)程中,CeN載體表面容易產(chǎn)生氮空位(VN),隨后N2分子在表面VN位點(diǎn)被活化,然后與Co顆粒上解離的H*通過(guò)締合機(jī)制反應(yīng)生成NHx物種。
另外,CeN向Co提供電子,從而通過(guò)解離機(jī)制促進(jìn)了N2在負(fù)載的Co金屬上的解離。
JACS: 鈷基催化劑合成氨的解離和締合協(xié)同機(jī)制
綜上,吸附的N2可以在Co金屬和氮化物載體上活化,從而導(dǎo)致優(yōu)異的低溫催化性能。
表面低功函數(shù)(2.6 eV)特性與CeN載體上表面氮空位的協(xié)同作用產(chǎn)生了N2的雙重機(jī)制,與迄今為止報(bào)道的Co基催化劑相比,活化能大大降低(45 kJ·mol-1),這導(dǎo)致在溫和條件下可以有效合成氨。
Dissociative and associative concerted mechanism for ammonia synthesis over Co-based catalyst. Journal of the American Chemical Society, 2021. DOI: 10.1021/jacs.1c06657

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