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Ni / Al2O3催化剂在近室温下的等离子体增强氨合成催化作用:深入了解催化剂表面对反应机理的重要性。
ACS Catalysis ( IF 11.3 ) Pub Date : 2019-10-18 , DOI: 10.1021/acscatal.9b02538 Yaolin Wang 1 , Michael Craven 1 , Xiaotong Yu 1 , Jia Ding 2 , Paul Bryant 1 , Jun Huang 2 , Xin Tu 1
ACS Catalysis ( IF 11.3 ) Pub Date : 2019-10-18 , DOI: 10.1021/acscatal.9b02538 Yaolin Wang 1 , Michael Craven 1 , Xiaotong Yu 1 , Jia Ding 2 , Paul Bryant 1 , Jun Huang 2 , Xin Tu 1
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对等离子体-催化剂相互作用和反应机理的更好的基本了解对于优化通过等离子体催化合成氨的催化剂的设计至关重要。在这项工作中,我们报告了一种混合等离子体增强的催化工艺,该工艺在接近室温(约35°C)的条件下,通过过渡金属催化剂(M / Al2O3,M = Fe,Ni,Cu)直接由N2和H2合成氨)和大气压。反应是在特别设计的同轴电介质阻挡放电(DBD)等离子体反应器中进行的,使用水作为接地电极,该反应器可以冷却并保持反应在室温附近。水电极的透明性使整个等离子体放电区域的操作光学诊断(增强的电荷耦合器件(ICCD)成像和光学发射光谱)得以进行,而无需改变反应堆的运行,这在使用同轴反应堆时经常需要带有不透明的接地电极。与没有催化剂的NH3的等离子体合成相比,等离子体催化显着提高了NH3的合成速率和能效。不同的过渡金属催化剂对放电物的物理性能的影响可以忽略不计,这表明在氨的等离子体催化合成中,由催化剂表面化学性质提供的催化作用比催化剂的物理作用更占优势。使用Ni / Al2O3作为等离子体催化剂,可获得最高的NH3合成速率,为471μmolg-1 h-1,这比仅使用等离子体获得的NH3合成速率高100%。Al 2 O 3的表面上存在过渡金属(例如,Ni)比仅Al 2 O 3或等离子体提供更均匀的等离子体放电,并提高了平均电子能。通过操作性等离子体诊断结合使用N2物理吸附测量,X射线光电子能谱(XPS),X射线衍射(XRD),高分辨率透射电子显微镜对催化剂进行全面表征,研究了等离子体催化氨合成的机理。 (HRTEM),NH3温度程序解吸(TPD)和N2-TPD。使用XPS在废催化剂的表面上检测到四种形式的NH x吸附物种(x = 0、1、2和3)。
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更新日期:2019-11-01
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