Nature Commun：分散的Ru组装催化氨分解

纳米技术

2023-02-07

人们认为氨能够作为氢气存储、传输、利用的化学品，而且能够使用可再生能源。但是高效催化分解氨的催化剂以及分解氨的机理并未得到深入理解和认识。

有鉴于此，牛津大学Shik Chi Edman Tsang等报道在MgO的极性（111）晶面上修饰单分散Ru作为催化剂，得到迄今为止最高的氨分解速率。氨分解性能比其他见诸报道的催化剂更加优异的性能，这种优异的催化活性来自强金属-基底相互作用和高效表面偶联反应。

本文要点

（1）

深入研究MgO(111)（高能量晶面，由O^2-和Mg²⁺层交替堆叠形式）表面的Ru从原子形式变为簇/纳米粒子的变化过程对催化活性的影响。

原子分散的Ru在MgO(111)晶面上发生组装，在400 ℃催化氨分解，TOF最高达到3.43 s^-1，比Ru簇/Ru纳米粒子对照催化剂的活性更高（2.1-2.9 s^-1），比超低担载量Ru（1.67 s^-1）的性能更高。

（2）

通过STEM、XRD、EXAFS、XPS、TPSR、DRIFT、AP-XPS等表征技术和DFT计算，说明表面Ru的浓度提高导致显著的金属比活性增强，发现相互靠近的金属之间协同作用，这种效果与溶液相的双金属-N₂复合物的催化活性类似，而且DFT计算结果能够很好的验证；在越过表面掺杂的区间后形成Ru簇/纳米粒子，催化比活性显著降低，这个结果与经典模型人们认为簇状Ru（B₅位点）具有更高催化活性的认识之间相互区别。

参考文献

Huihuang Fang, Simson Wu, Tugce Ayvali, Jianwei Zheng, Joshua Fellowes, Ping-Luen Ho, Kwan Chee Leung, Alexander Large, Georg Held, Ryuichi Kato, Kazu Suenaga, Yves Ira A. Reyes, Ho Viet Thang, Hsin-Yi Tiffany Chen & Shik Chi Edman Tsang, Dispersed surface Ru ensembles on MgO(111) for catalytic ammonia decomposition, Nat Commun 14, 647 (2023)

DOI: 10.1038/s41467-023-36339-w

https://www.nature.com/articles/s41467-023-36339-w