Resúmen de sintesis de amoniaco

El proceso de Haber-Bosch para la reducción del nitrógeno atmosférico a amoníaco es una de las reacciones catalíticas heterogéneas más optimizadas, pero hay aspectos del proceso industrial que siguen siendo menos que ideales.

Se ha demostrado que la actividad de los catalizadores metálicos está limitada por una relación de escala de Brønsted-Evans-Polanyi (BEP) entre la reacción y las energías del estado de transición para la disociación de N₂, lo que conduce a una tasa de producción insignificante en condiciones ambientales y una tasa modesta bajo duras condiciones.

En este estudio, utilizamos los cálculos de la teoría funcional de la densidad (DFT) junto con el modelo microcinético de campo medio para estudiar la tasa de síntesis de NH3 en el modelo activo. Sitios que requieren la adsorción disociativa coordinada individualmente de átomos de N en átomos de metales de transición. Nuestros resultados demuestran que esta unión "superior" de nitrógeno exhibe un comportamiento de escala significativamente mejorado, que puede racionalizarse en términos de geometrías de estado de transición y conduce a una actividad predicha considerablemente mayor. Si bien es probable que la síntesis de estos sistemas modelo sea un desafío, la estabilización de dicho sitio activo podría permitir la síntesis termoquímica de amoníaco en condiciones más benignas.

Palabras clave: síntesis de amoníaco, teoría funcional de la densidad, modelado microcinético, estados de transición, relaciones de escala

Energía en estado de transición y energía en estado de unión

En este estudio, usamos cálculos DFT para describir cómo un nuevo tipo de sitio activo modelo podría exhibir una actividad de síntesis de amoníaco mejorada al forzar la adsorción disociativa de nitrógeno en geometrías de adsorción coordinadas individualmente. Nuestros resultados muestran que los materiales que contienen un sitio activo de este tipo (que involucra al menos dos átomos metálicos reactivos aislados en un marco no reactivo) siguen una relación de escala de estado de transición sustancialmente más favorable entre EN-N y 2EN, lo que conduce a una mejora en la predicción. actividad y requisitos de presión sustancialmente más bajos.

Se usaron los cálculos DFT para describir cómo un nuevo tipo de sitio activo modelo podría exhibir una actividad de síntesis de amoníaco mejorado al forzar la adsorción disociativa de nitrógeno en geometrías de adsorción coordinadas individualmente. Los resultados mostraron que los materiales que contenían un sitio activo de este tipo, seguían una relación de escala de estado de transición sustancialmente más favorable entre EN-N y 2EN (Energía en estado de transición y energía en estado de unión), lo que condujo a una mejora en la predicción, actividad y requisitos de presión sustancialmente más bajos.

 Algunos de los sistemas explorados aquí se asemejan a los sistemas propuestos por Martirez et al. para un enfoque alternativo hacia la síntesis de NH3 a baja temperatura, en el que la luz solar convertida en resonancias de plasmones superficiales puede reducir la barrera para la disociación de N2 en sitios de Mo reactivos dopados en nanopartículas de Au no reactivas. 34 Los sistemas presentados aquí también pueden ser candidatos interesantes para esta nueva técnica. Es importante tener en cuenta que la síntesis de nuevos materiales catalíticos con un sitio estable superior probablemente

sea un desafío importante; sin embargo, se han logrado algunos avances. Yan et al. han demostrado recientemente la síntesis precisa de dímeros de platino en grafeno, 35 y Yardimci et al. Han

generado dímeros de rodio en MgO que son activos para la hidrogenación de etileno, 36 lo que indica que la síntesis de estos sitios activos altamente estables puede volverse más factible en el futuro. Además, se sabe que algunos sistemas conocidos, como los bordes metálicos de los sulfuros de metales de transición, exhiben la geometría de interés. Para identificar otros candidatos para experimentos, también puede ser beneficioso buscar materiales binarios o ternarios complejos que se sabe que contienen

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