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
杨杨杨完成签到 ,获得积分10
刚刚
Hello应助哈哈哈哈采纳,获得10
3秒前
蘑菇完成签到,获得积分10
3秒前
3秒前
4秒前
4秒前
5秒前
6秒前
6秒前
Yi发布了新的文献求助10
9秒前
SOBER发布了新的文献求助10
9秒前
kellyH发布了新的文献求助10
9秒前
10秒前
鹤轸发布了新的文献求助10
10秒前
11秒前
luoman5656完成签到,获得积分10
12秒前
12秒前
冷酷小猫咪完成签到,获得积分10
13秒前
萍水相逢发布了新的文献求助10
13秒前
忧郁易槐发布了新的文献求助10
13秒前
俏皮的一德完成签到,获得积分10
14秒前
cy完成签到 ,获得积分10
14秒前
闪闪灵完成签到 ,获得积分10
14秒前
蘑菇发布了新的文献求助10
15秒前
爆米花应助乙酰乙酰CoA采纳,获得10
15秒前
英姑应助westen2509采纳,获得10
15秒前
Ava应助daslicht采纳,获得10
16秒前
19秒前
solitude完成签到 ,获得积分10
19秒前
忧伤的如彤完成签到,获得积分20
19秒前
Furina应助芸苔AA采纳,获得10
20秒前
21秒前
充电宝应助MR_MA采纳,获得10
21秒前
22秒前
22秒前
科研通AI6.1应助孙子钊采纳,获得10
22秒前
23秒前
zzr元亨利贞完成签到,获得积分10
23秒前
ww不迷糊完成签到 ,获得积分10
24秒前
超人也读博完成签到,获得积分10
24秒前
高分求助中
Clinical Epidemiology: The Essentials, 6e 10000
(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
The Graphene Handbook (2019 Edition) 800
Adhesion Science: Principles & Practice 800
Signals, Systems, and Signal Processing 610
Fundamentals of Pharmaceutical and Biologics Regulations: A Global Perspective, Second Edition 600
The Immune System (Fifth Edition) 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 物理 内科学 复合材料 催化作用 物理化学 光电子学 电极 细胞生物学 基因 无机化学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 6568014
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 8347690
关于积分的说明 17885109
捐赠科研通 5694755
什么是DOI,文献DOI怎么找? 2943966
邀请新用户注册赠送积分活动 1919855
关于科研通互助平台的介绍 1795751