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Nature子刊：用于高效氨分解的Ru/MgO(111)催化剂

时间：2023-03-12 来源： 浏览：

Nature子刊：用于高效氨分解的Ru/MgO(111)催化剂

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氨被认为是氢气储存、运输和利用的能量载体，与可再生能源的利用息息相关，然而高效的氨分解催化剂及其潜在的机理仍不清楚。
基于此，英国 牛津大学Shik Chi Edman Tsang教授（通讯作者）等人 报道了一种原子分散在MgO(111)载体上的Ru催化剂，由于其强烈的金属-载体相互作用和有效的表面偶联反应显示出极高的氨分解率。
本文通过DFT计算了Ru/MgO双核模型上两个NH 3 分子逐步脱氢生成N 2 /H 2 的反应过程。两个NH 3 分子分别吸附在两个独立的Ru原子上，NH 3 逐步脱氢，最终两个Ru≡N物种协同偶联生成N 2 。对于Ru/MgO(100)和Ru/MgO(110)，NH 3 的初始脱氢是不利的，H原子不能溢流到MgO上，因此挤占了原子分散的Ru位点。
而对于Ru/MgO(111)，表面O原子对H具有很强的亲和力，H通过无障碍过程迁移到MgO表面，因此NH 3 的逐步脱氢在能量上是有利的。
为了证实Ru/MgO(111)上独特的氢溢流现象，本文进一步分析了从吸附在单个Ru原子上的*NH物种中去除H的情况。在Ru/MgO(100)和Ru/MgO(110)上，从*NH物种中去除的H原子保留在Ru位点上，因为它们向MgO表面的迁移在能量上不利，能垒约为1-2 eV。相反，Ru/MgO(111)上*NH物种的H原子可以通过无障碍过程自发地迁移到MgO的表面O原子上。
因此，在Ru/MgO(111)上，动力学实验中观察到的H中毒减少可以用H溢流到MgO表面来解释。
Dispersed surface Ru ensembles on MgO(111) for catalytic ammonia decomposition. Nat. Commun. , 2023 , DOI: 10.1038/s41467-023-36339-w.
https://www.nature.com/articles/s41467-023-36339-w.
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