Le N₂ -à-NH₃ la conversion est un processus chimique fondamental pour fournir de l'azote à l'industrie et à l'agriculture modernes. D'énormes efforts ont été déployés depuis l'invention du procédé Haber-Bosch, mais la livraison de N₂ reste une tâche difficile. -à-NH₃ conversion dans des conditions douces.

Un problème général découle des relations d'échelle, qui imposent une contradiction apparente entre les capacités d'un catalyseur à activer N₂ et de libérer NH₃ . Il en résulte une courbe volcan de l'activité catalytique pour le N₂ -à-NH₃ conversion, et pose ainsi une limite aux performances catalytiques par la conception optimale du catalyseur.

C'est le principe de Sabatier pour la conception du catalyseur, qui stipule que l'adsorption d'un intermédiaire pertinent sur le catalyseur optimal ne doit être ni trop forte ni trop faible. En d'autres termes, le catalyseur optimal devrait être un compromis. Par conséquent, il est intéressant d'identifier et d'élucider les processus catalytiques qui ne sont pas dictés par les relations d'échelle, afin de concevoir des catalyseurs hétérogènes très efficaces au-delà du compromis.

Récemment, une équipe de recherche dirigée par le professeur Hai Xiao de l'Université Tsinghua, en Chine, a étudié les mécanismes thermocatalytiques du N₂ -à-NH₃ conversion sur l'électride intermétallique LaRuSi par calculs de premiers principes. Ils ont découvert qu'un site actif de bol, composé de cations La de surface et d'atomes de Si sous la surface chargés négativement provenant de la nature de l'électride, est la clé de la catalyse efficace de N₂ -à-NH₃ conversion.

Les interactions électrostatiques et orbitales entre ce site actif de bol et les intermédiaires de réaction améliorent considérablement le N₂ activation qui se traduit par N₂ chargé négativement pour un clivage facile de la liaison NN, tout en déstabilisant les adsorptions de NH_x (x =1, 2, 3) espèces qui contiennent des atomes H chargés positivement, ce qui facilite la désorption du NH₃ final produit. C'est ce site actif de bol particulier composé de f -bloquer les cations La et l'anion électride Si qui rompt les relations d'échelle pour un N₂ hautement efficace -à-NH₃ transformation.

Par comparaison avec d'autres catalyseurs à électrures intermétalliques isostructuraux au LaRuSi, ils confirment explicitement la rupture des relations d'échelle entre les adsorptions de NH_x espèce et celle de N. Les interactions électrostatiques adaptatives exercées par le site actif du bol jouent le rôle clé dans la rupture des relations d'échelle pour N₂ -à-NH₃ conversion.

Ils identifient également la présence possible de sites actifs bol similaires dans d'autres types de catalyseurs hétérogènes hautement efficaces. Ainsi, ils proposent ce site actif de bol avec des interactions électrostatiques adaptatives en tant que concept de conception, qui jette de nouvelles idées sur la conception de catalyseurs hétérogènes hautement efficaces pour le N₂ –vers–NH₃ conversion, ainsi que d'autres réactions catalytiques qui sont dictées par les relations d'échelle.

Les résultats ont été publiés dans Chinese Journal of Catalysis . + Explorer plus loin

Une nouvelle revue met en lumière des catalyseurs innovants :conception et application