Menguraikan Mekanisme Kopling N–N pada Katalis Paduan Besi–Tembaga selama Dekomposisi Amonia

Abstrak
Produksi hidrogen bebas COx melalui reaksi dekomposisi amonia (ADR) menggunakan katalis logam nonmulia berbasis Fe telah menarik banyak perhatian. Pemutusan ikatan NH dan penggandengan NN merupakan dua langkah kunci dalam dekomposisi NH3, namun, ikatan Fe-N yang lebih kuat menyebabkan katalis besi biasanya menunjukkan aktivitas yang lebih rendah. Di sini, kami mengembangkan katalis paduan FeCu dengan energi pengikatan logam-nitrogen yang dioptimalkan dengan menggabungkan Cu, logam dengan afinitas nitrogen yang secara inheren lebih lemah, ke dalam katalis berbasis Fe. Katalis Fe1Cu0.5/MgO yang dioptimalkan menunjukkan kinerja katalitik yang luar biasa, mencapai laju produksi H2 yang mengesankan sebesar 139,1 mmol H2 gcat−1 h−1 pada 550 °C di bawah kecepatan ruang gas per jam yang tinggi (GHSV = 360.000 h−1). Studi mekanistik mengungkapkan bahwa modulasi struktur pita-d akibat efek paduan mengoptimalkan disosiasi NH3 dan kemampuan pengikatan zat antara N* dalam proses ADR. Khususnya, spektroskopi serapan sinar-X (XAS) in-situ yang dikombinasikan dengan perhitungan teoritis mengonfirmasi bahwa paduan FeCu secara efektif mengurangi penghalang energi rekombinasi NN dari 2,25 eV (klaster Fe) menjadi 1,77 eV (klaster FeCu). Temuan ini memberikan wawasan berharga untuk desain rasional katalis berbasis Fe yang sangat aktif untuk dekomposisi amonia yang efisien dan produksi hidrogen yang berkelanjutan.