Atomically Dispersed Ru Catalyst for Low-Temperature Nitrogen Activation to Ammonia via an Associative Mechanism

纳米团簇 催化作用 离解(化学) 化学 联想代换 氨生产 扩展X射线吸收精细结构 氧烷 光化学 X射线吸收精细结构 结晶学 物理化学 吸收光谱法 光谱学 有机化学 物理 量子力学
作者
Xiuyun Wang,Lingling Li,Zhongpu Fang,Yongfan Zhang,Jun Ni,Bingyu Lin,Lirong Zheng,Chak‐Tong Au,Lilong Jiang
出处
期刊:ACS Catalysis [American Chemical Society]
卷期号:10 (16): 9504-9514 被引量:85
标识
DOI:10.1021/acscatal.0c00549
摘要

The industrial synthesis of NH3 using Fe- or Ru-based catalysts usually requires harsh reaction conditions. It is desirable to develop catalysts that perform well at low temperature and pressure (250–400 °C, <2 MPa). The main challenge of low-temperature NH3 synthesis is the dissociation of the extremely stable N≡N triple bond. Herein, we report the design of homogeneous single-atom Ru centers on an H-ZMS-5 (HZ) support with the Ru atoms individually anchored in the micropores of HZ, effectively boosting NH3 synthesis under mild conditions via an associative pathway. Synchrotron-based near-edge X-ray absorption fine structure (NEXAFS) and in situ DRIFTS analyses show that ═N– groups are the primary intermediates, and DFT calculations further show that, unlike Ru nanoclusters, the cooperation of a single Ru atom and hydrogen species in HZ leads to N2 hydrogenation rather than direct N2 dissociation, and the indirect N–N bond dissociation occurs much more easily via the formation of the NHNH3* intermediate; the energy barrier for breaking the N–N bond keeps falling from 2.90 eV for *N2 to 0.04 eV for *NHNH3, showing that N2 hydrogenation is an effective way for sharp weakening of N–N bonds. Moreover, the rate-determining step is shifted from the dissociation of the N≡N triple bond to the formation of *N2H2. As a consequence, the single-atom 0.2 wt % Ru/H-ZSM-5 catalyst shows the highest NH3 synthesis rate per gram of Ru (1.26 molNH3 gRu–1 h–1 at 300 °C and 1 MPa) among the Ru-based catalysts ever reported.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
高兴的海豚完成签到,获得积分10
1秒前
1秒前
1秒前
黎明森发布了新的文献求助10
1秒前
lobster发布了新的文献求助10
1秒前
houzhi6678完成签到 ,获得积分10
2秒前
木子完成签到,获得积分10
3秒前
笨笨的不斜完成签到,获得积分10
4秒前
4秒前
shen完成签到 ,获得积分10
4秒前
张晓洁完成签到,获得积分10
4秒前
4秒前
打打应助zxzb采纳,获得10
4秒前
美丽的飞机完成签到 ,获得积分10
5秒前
1762571452完成签到,获得积分10
5秒前
空隙可欣发布了新的文献求助10
5秒前
kailing发布了新的文献求助10
6秒前
香蕉觅云应助科研通管家采纳,获得10
8秒前
8秒前
8秒前
8秒前
慕青应助科研通管家采纳,获得10
8秒前
科研通AI2S应助科研通管家采纳,获得10
8秒前
NexusExplorer应助科研通管家采纳,获得10
9秒前
gura完成签到 ,获得积分10
9秒前
aajhajkahna应助科研通管家采纳,获得10
9秒前
田様应助科研通管家采纳,获得10
9秒前
Orange应助科研通管家采纳,获得10
9秒前
领导范儿应助科研通管家采纳,获得10
9秒前
爆米花应助科研通管家采纳,获得10
9秒前
啊啊发布了新的文献求助10
10秒前
欣喜成仁发布了新的文献求助10
10秒前
11秒前
11秒前
Lucas应助yuntong采纳,获得10
11秒前
朴素的夏云完成签到,获得积分10
12秒前
houzhi6678关注了科研通微信公众号
12秒前
宝拉~发布了新的文献求助10
13秒前
14秒前
Tashanzhishi完成签到,获得积分10
15秒前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
Römisch-Germanische Forschungen 1000
APA handbook of comparative psychology: Basic concepts, methods, neural substrate, and behavior 1000
China Pluperfect I: Epistemology of Past and Outside in Chinese Art 520
Matrix Methods in Data Mining and Pattern Recognition Second Edition 510
The fast track to determining transfer functions of linear circuits: The student guide 500
The Analytical and Numerical Solution of Electric and Magnetic Fields 500
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 工程类 有机化学 化学工程 生物化学 计算机科学 内科学 物理 复合材料 催化作用 细胞生物学 无机化学 光电子学 物理化学 电极 基因
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 7611129
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 9186813
关于积分的说明 19680995
捐赠科研通 7184963
什么是DOI,文献DOI怎么找? 3270491
关于科研通互助平台的介绍 2434107
邀请新用户注册赠送积分活动 2265235