O N₂ -para-NH₃ a conversão é um processo químico fundamental para fornecer nitrogênio para a indústria e agricultura modernas. Enormes esforços foram feitos desde a invenção do processo Haber-Bosch, mas ainda é uma tarefa desafiadora entregar N₂ -para-NH₃ conversão em condições suaves.
Uma questão geral surge das relações de escala, que impõem uma aparente contradição entre as capacidades de um catalisador para ativar N₂ e liberar NH₃ . Isso resulta em uma curva vulcânica da atividade catalítica para o N₂ -para-NH₃ conversão e, portanto, impõe um limite no desempenho catalítico pelo design ideal do catalisador.

Este é o princípio de Sabatier para o projeto do catalisador, que afirma que a adsorção de um intermediário relevante no catalisador ótimo não deve ser nem muito forte nem muito fraca. Em outras palavras, o catalisador ideal deve ser um compromisso. Portanto, é atraente identificar e elucidar os processos catalíticos que não são ditados pelas relações de escala, a fim de projetar catalisadores heterogêneos altamente eficientes além do compromisso.

Recentemente, uma equipe de pesquisa liderada pelo Prof. Hai Xiao da Universidade de Tsinghua, na China, investigou os mecanismos termocatalíticos para N₂ -para-NH₃ conversão no eletreto intermetálico LaRuSi por cálculos de primeiros princípios. Eles descobriram que um sítio ativo de tigela, composto de cátions La de superfície e átomo de Si subsuperficial carregado negativamente originado da natureza do eletreto, é a chave para a catálise eficiente de N₂ -para-NH₃ conversão.

As interações eletrostáticas e orbitais entre este sítio ativo da tigela e os intermediários de reação aumentam muito o N₂ ativação que resulta em N₂ carregado negativamente para clivagem fácil da ligação NN, enquanto desestabiliza as adsorções de NH_x (x =1, 2, 3) espécies que contêm átomos de H carregados positivamente, o que facilita a dessorção do NH final₃ produtos. É este site ativo de tigela específico composto por f -bloqueio de cátions La e eletreto de ânion Si que quebra as relações de escala para N₂ altamente eficiente -para-NH₃ conversão.

Em comparação com outros catalisadores de eletretos intermetálicos isoestruturais ao LaRuSi, eles confirmam explicitamente a quebra das relações de escala entre as adsorções de NH_x espécies e a de N. As interações eletrostáticas adaptativas exercidas pelo sítio ativo da tigela desempenham o papel fundamental na quebra das relações de escala para N₂ -para-NH₃ conversão.

Eles também identificam a possível presença de sítios ativos de tigela semelhantes em outros tipos de catalisadores heterogêneos altamente eficientes. Assim, eles propõem este sítio ativo de tigela com interações eletrostáticas adaptativas como um conceito de design, que lança novos insights sobre o design de catalisadores heterogêneos altamente eficientes para o N₂ –para–NH₃ conversão, bem como outras reações catalíticas que são ditadas pelas relações de escala.

Os resultados foram publicados no Chinese Journal of Catalysis . + Explorar mais

Nova revisão destaca catalisadores inovadores:design e aplicação