Production industrielle de NH₃ a été réalisée par le procédé Haber-Bosch pendant plus de 100 ans, dans lequel la dissociation de N₂ On pense que les molécules de charge d'alimentation promues par le co-catalyseur d'atomes alcalins sont l'étape limitant la vitesse. La synthèse Haber-Bosch consomme 1 % de la consommation énergétique totale mondiale et représente 1,4 % du CO mondial₂ émissions. Par conséquent, les informations à l'échelle atomique sur l'atome K-N₂ les interactions des molécules sur les substrats métalliques et plus particulièrement la chimie de promotion des atomes alcalins, ont une importance mondiale.

Des chercheurs de l'Université de Pittsburgh, en collaboration avec des collaborateurs théoriques de l'Université des sciences et technologies de Chine, ont étudié le précurseur de la catalyse Haber-Bosch à l'échelle atomique.

Dans un article de recherche à paraître dans Cell Reports Physical Science le 21 avril 2022, les chercheurs, dirigés par Hrvoje Petek de l'Université de Pittsburgh, ont pu observer directement à l'échelle atomique par microscopie à effet tunnel le N₂ l'adsorption, leurs interactions collectives et le N₂ induit par les électrons tunnel processus de désorption liés à la promotion alcaline de NH₃ la synthèse.

L'interaction par paires dominante entre le K et le N₂ est une attraction coulombienne électrostatique à deux centres, où le transfert de charge de K à N₂ affaiblit le N₂ liaison moléculaire vers sa dissociation dans la synthèse de Haber-Bosch. Le K-N₂ les interactions interprétées par la théorie de la fonctionnelle de la densité sont en accord avec les observations expérimentales.

Les études révèlent les interactions primaires, ainsi que le début de la complexité corrélée qui définit la promotion de l'atome alcalin de la chimie catalytique. + Explorer plus loin

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