氨是工业中最常见的化学品之一。为此，全世界使用了约1%~2%的电能，并产生了约1.5%~2%的CO2。因此，在较为温和的条件下开发高效的催化剂用于合成氨具有重要意义。
近日，阿卜杜拉国王科技大学Jean-Marie Basset报道了以酞菁为原料制备了具有不同Fe/Co比的高效氨合成Fe/Co催化剂，其中Fe-Co双金属纳米粒子嵌入到多孔碳-氮基质中。
本文要点
要点1. 实验结果显示，与单金属Fe基催化剂相比，将高达20%wt的Co加入到Fe催化剂中导致活性提高了40%。有趣的是，即使在低温(350 ℃)下，催化剂也表现出优异的活性。
要点2. 研究发现，最有效的6K-FePc80CoPc20催化剂的表观活化能（Ea）为29 kJ·mol−1，表明N2在低温下易于活化。深入的动力学研究表明，在Fe催化剂中引入Co，通过弱化各种NHx物种，极大地调节了催化剂的表面。要点3. 密度泛函理论（DFT）计算证实了在Fe表面引入25% Co的热力学可行性。这表明，Co在表面的存在吸引了邻近Fe中心的负电荷，使暴露的Fe中心变得中性，更有利于双金属K2O/Co-Fe催化剂上的N2活化，并显示出比原始K2O/Fe催化剂更热力学上可行的能量分布。Rohit K. Rai, et al, Iron-Cobalt-Based Materials: An Efficient Bimetallic Catalyst for Ammonia Synthesis at Low Temperatures ACS Catal. 2022DOI: 10.1021/acscatal.1c05078https://doi.org/10.1021/acscatal.1c05078
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