氨被認(rèn)為是氫氣儲(chǔ)存、運(yùn)輸和利用的能量載體，與可再生能源的利用息息相關(guān)，然而高效的氨分解催化劑及其潛在的機(jī)理仍不清楚。

基于此，英國牛津大學(xué)Shik Chi Edman Tsang教授（通訊作者）等人報(bào)道了一種原子分散在MgO(111)載體上的Ru催化劑，由于其強(qiáng)烈的金屬-載體相互作用和有效的表面偶聯(lián)反應(yīng)顯示出極高的氨分解率。

本文通過DFT計(jì)算了Ru/MgO雙核模型上兩個(gè)NH₃分子逐步脫氫生成N₂/H₂的反應(yīng)過程。兩個(gè)NH₃分子分別吸附在兩個(gè)獨(dú)立的Ru原子上，NH₃逐步脫氫，最終兩個(gè)Ru≡N物種協(xié)同偶聯(lián)生成N₂。

對(duì)于Ru/MgO(100)和Ru/MgO(110)，NH₃的初始脫氫是不利的，H原子不能溢流到MgO上，因此擠占了原子分散的Ru位點(diǎn)。而對(duì)于Ru/MgO(111)，表面O原子對(duì)H具有很強(qiáng)的親和力，H通過無障礙過程遷移到MgO表面，因此NH₃的逐步脫氫在能量上是有利的。

為了證實(shí)Ru/MgO(111)上獨(dú)特的氫溢流現(xiàn)象，本文進(jìn)一步分析了從吸附在單個(gè)Ru原子上的*NH物種中去除H的情況。在Ru/MgO(100)和Ru/MgO(110)上，從*NH物種中去除的H原子保留在Ru位點(diǎn)上，因?yàn)樗鼈兿騇gO表面的遷移在能量上不利，能壘約為1-2 eV。

相反，Ru/MgO(111)上*NH物種的H原子可以通過無障礙過程自發(fā)地遷移到MgO的表面O原子上。因此，在Ru/MgO(111)上，動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)中觀察到的H中毒減少可以用H溢流到MgO表面來解釋。

Dispersed surface Ru ensembles on MgO(111) for catalytic ammonia decomposition. Nat. Commun., 2023, DOI: 10.1038/s41467-023-36339-w.

https://www.nature.com/articles/s41467-023-36339-w.