Unlocking the Potential of MXene in Catalysis: Decorated Mo2CTx Catalyst for Ammonia Synthesis under Mild Conditions

化学 催化作用 氨生产 活化能 化学工程 无机化学 有机化学 工程类
作者
Amanda Sfeir,Christopher E. Shuck,Alexandre Fadel,Maya Marinova,Hervé Vézin,Jean‐Philippe Dacquin,Yury Gogotsi,Sébastien Royer,Said Laassiri
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:146 (29): 20033-20044 被引量:10
标识
DOI:10.1021/jacs.4c03875
摘要

Ammonia, which is one of the most important chemicals for the synthesis of dyes, pharmaceuticals, and fertilizers, is produced by the reaction of molecular hydrogen with nitrogen, over an iron-based catalyst at 400–500 °C under pressure of over 100 bar. Decreasing the operating temperature and pressure of this highly energy-intensive process, developed by Haber and Bosch over 100 years ago, would decrease energy consumption in the world. In this work, we used two-dimensional Mo2CTx MXene as a support for a cobalt-based catalyst. The MXene functionalized by Co showed catalytic activity for ammonia synthesis from H2 and N2 at temperatures as low as 250 °C, without any pretreatment. The developed catalyst was highly active for ammonia synthesis, demonstrating a high rate of up to 9500 μmol g–1active phase h–1 at 400 °C under ambient pressure in steady-state conditions, and did not suffer from any deactivation after 15 days of reaction. The apparent activation energy (Ea) was found to be in the range of 68–74 kJ mol–1, which is in line with values reported for highly active catalysts. This improved catalyst may decrease the energy consumption in the synthesis of ammonia and its derivatives, as well as facilitate the use of ammonia as a hydrogen carrier for renewable energy storage.
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