Фиксация азота в промышленности
Современная промышленная фиксация азота в основном основана на энергоёмком процессе Габера — Боша, который работает при чрезвычайно высоких температурах и давлениях.
Карбиды металлов как перспективные катализаторы
Карбиды металлов, как перспективный класс каталитических материалов, недавно привлекли внимание исследователей в области гетерогенного катализа. Понимание механизмов активации азота на молекулярном и электронном уровнях имеет решающее значение для разработки катализаторов нового поколения и передовых одноатомных материалов.
Исследование механизма фиксации азота
В исследовании, опубликованном в Chemical Science, группа учёных под руководством профессоров Цзян Лин и Се Хуа из Даляньского института химической физики (DICP) Китайской академии наук раскрыла конкурентный механизм двухрежимной фиксации азота в отрицательно заряженном кластере карбида металла MC3– (M = Os, Ir, Pt).
Методы исследования
Исследователи использовали фотоэлектронную спектроскопию в сочетании с квантово-химическими расчётами для изучения реакционной способности кластеров MC3– при активации молекул азота. Они продемонстрировали, что эти кластеры проявляют два конкурирующих пути активации азота: разрыв тройной связи N≡N с образованием стабильной связи C–N и хемосорбцию азота на металлическом центре.
Результаты исследования
Учёные обнаружили, что среди изученных кластеров OsC3− в основном способствовал разрыву связи N≡N, IrC3− демонстрировал сосуществование двух механизмов активации азота, а PtC3− способствовал фиксации азота в основном за счёт хемосорбции.
Кроме того, теоретический анализ показал, что активация азота кластерами MC3– снижалась по мере понижения энергии 5d-орбитали атомов металла, а преобладание хемосорбции соответственно увеличивалось.
«Наше исследование предоставляет молекулярное понимание активации диазота моноядерными кластерами карбидов металлов и устанавливает новую парадигму для разработки эффективных катализаторов для фиксации диазота», — сказал профессор Се.
Источник: Китайская академия наук.