Shielding Protection by Mesoporous Catalysts for Improving Plasma-Catalytic Ambient Ammonia Synthesis

催化作用 介孔材料 化学 产量(工程) 分解 等离子体 化学工程 MCM-41 电磁屏蔽 纳米技术 有机化学 材料科学 复合材料 物理 量子力学 工程类
作者
Yaolin Wang,Wenjie Yang,Shanshan Xu,Shufang Zhao,Guoxing Chen,Anke Weidenkaff,Christopher Hardacre,Xiaolei Fan,Jun Huang,Xin Tu
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:144 (27): 12020-12031 被引量:63
标识
DOI:10.1021/jacs.2c01950
摘要

Plasma catalysis is a promising technology for decentralized small-scale ammonia (NH3) synthesis under mild conditions using renewable energy, and it shows great potential as an alternative to the conventional Haber–Bosch process. To date, this emerging process still suffers from a low NH3 yield due to a lack of knowledge in the design of highly efficient catalysts and the in situ plasma-induced reverse reaction (i.e., NH3 decomposition). Here, we demonstrate that a bespoke design of supported Ni catalysts using mesoporous MCM-41 could enable efficient plasma-catalytic NH3 production at 35 °C and 1 bar with >5% NH3 yield at 60 kJ/L. Specifically, the Ni active sites were deliberately deposited on the external surface of MCM-41 to enhance plasma–catalyst interactions and thus NH3 production. The desorbed NH3 could then diffuse into the ordered mesopores of MCM-41 to be shielded from decomposition due to the absence of plasma discharge in the mesopores of MCM-41, that is, “shielding protection”, thus driving the reaction forward effectively. This promising strategy sheds light on the importance of a rational design of catalysts specifically for improving plasma-catalytic processes.
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