ACS Catal：plasma催化NH3合成能够跨越反应的热力学平衡

纳米技术

2020-05-19

通过Plasma这种非热力学反应过程催化N₂生成NH₃的反应得到了广泛关注，这个反应在热催化反应中存在反应平衡控制，圣母大学William F. Schneider、Jason C. Hicks，安特卫普大学Annemie Bogaerts等通过微型动力学模型对plasma催化反应过程中N₂活化生成NH₃中超越热力学平衡的可能性进行分析研究，研究结果显示该plasma催化反应中NH₃转化反应能超过热力学限制，同时作者发现当热力学反应速率高于plasma反应速率时，反应重新受到热力学平衡控制。本研究结果对探索plasma催化和催化剂的协同作用对热力学反应控制的可行性。

本文要点：

（1）对Pt、Ni负载的γ-Al₂O₃催化剂进行研究，其中Pt和Ni的纳米粒子大小分别为15 nm和2 nm。计算模型结果显示，plasma催化反应中对正向反应和反向反应的速率都有影响作用，通过反应动力学对反应中的各种物质浓度的调控，实现了突破热力学的限制，反应中热力学作用的调控通过调整反应温度和plasma输入能量进行调节，结果显示提高plasma强度时，NH₃生成的量超过了反应热力学限制，但是当温度较高时热力学作用起到主要作用，反应重新受到化学平衡的重新分布作用。

（2）本工作中显示，通过正确选择催化剂，能对反应过程进行控制。对于反应中N₂活化反应为决速步骤的催化剂，可能有比较好的催化活性。本文研究结果显示，在较低的反应温度中，反应有希望超过热力学限制，作者希望这种研究在其他重要的反应中得以应用，比如甲烷干法重整中。

参考文献

Prateek Mehta, Patrick Barboun, Yannick Engelmann, David B. Go, Annemie Bogaerts*, William F. Schneider*, and Jason C. Hicks*

Plasma-Catalytic Ammonia Synthesis Beyond the Equilibrium Limit，ACS Catal 2020

DOI：10.1021/acscatal.0c00684

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.0c00684