El N₂ -a-NH₃ La conversión es un proceso químico fundamental para suministrar nitrógeno a la industria y la agricultura modernas. Se han realizado enormes esfuerzos desde la invención del proceso Haber-Bosch, pero aún es una tarea desafiante entregar N₂ -a-NH₃ conversión en condiciones suaves.

Un problema general surge de las relaciones de escala, que imponen una aparente contradicción entre las capacidades de un catalizador para activar N₂ y liberar NH₃ . Esto da como resultado una curva de volcán de la actividad catalítica para el N₂ -a-NH₃ conversión, y por lo tanto plantea un límite en el rendimiento catalítico por el diseño óptimo del catalizador.

Este es el principio de Sabatier para el diseño de catalizadores, que establece que la adsorción de un intermedio relevante en el catalizador óptimo no debe ser ni demasiado fuerte ni demasiado débil. En otras palabras, el catalizador óptimo debería ser un compromiso. Por lo tanto, es atractivo identificar y dilucidar los procesos catalíticos que no están dictados por las relaciones de escala, con el fin de diseñar catalizadores heterogéneos altamente eficientes más allá del compromiso.

Recientemente, un equipo de investigación dirigido por el Prof. Hai Xiao en la Universidad de Tsinghua, China, investigó los mecanismos termocatalíticos para N₂ -a-NH₃ conversión en el electruro intermetálico LaRuSi mediante cálculos de primeros principios. Encuentran que un sitio activo de tazón, compuesto por cationes de La superficiales y átomos de Si subsuperficiales cargados negativamente originados a partir de la naturaleza del electruro, es clave para la catálisis eficiente de N₂ -a-NH₃ conversión.

Las interacciones electrostáticas y orbitales entre el sitio activo de este cuenco y los intermedios de reacción mejoran en gran medida el N₂ activación que resulta en N₂ con carga negativa para facilitar la escisión del enlace NN, mientras se desestabilizan las adsorciones de NH_x (x =1, 2, 3) especies que contienen átomos de H cargados positivamente, lo que facilita la desorción del NH₃ final producto. Es este sitio activo de tazón en particular compuesto por f -block La cationes y electride Si anión que rompe las relaciones de escala para N₂ altamente eficiente -a-NH₃ conversión.

En comparación con otros catalizadores de electruros intermetálicos isoestructurales para LaRuSi, confirman explícitamente la ruptura de las relaciones de escala entre las adsorciones de NH_x especie y la de N. Las interacciones electrostáticas adaptativas ejercidas por el sitio activo del tazón juegan un papel clave en la ruptura de las relaciones de escala para N₂ -a-NH₃ conversión.

También identifican la posible presencia de sitios activos de cuenco similares en otros tipos de catalizadores heterogéneos altamente eficientes. Por lo tanto, proponen este sitio activo de cuenco con interacciones electrostáticas adaptativas como concepto de diseño, que arroja nuevos conocimientos sobre el diseño de catalizadores heterogéneos altamente eficientes para el N₂ –a–NH₃ conversión, así como otras reacciones catalíticas dictadas por las relaciones de escala.

Los resultados se publicaron en Chinese Journal of Catalysis . + Explora más

Nueva revisión destaca catalizadores innovadores:Diseño y aplicación