Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Chuyển Giao Electron Từ Hỗ Trợ/Tác Nhân Thúc Đẩy Đến Chất Catalyze Kim Loại: Các Yêu Cầu Đối Với Hỗ Trợ Hiệu Quả
Tóm tắt
Chuyển giao electron từ các chất xúc tác kim loại chuyển tiếp (TM) được định vị trên chất hỗ trợ đến các phân tử phản ứng bám dính là một bước quan trọng trong nhiều phản ứng xúc tác. Việc chuyển giao electron từ một loại chất hỗ trợ nhất định và/hoặc một tác nhân thúc đẩy làm tăng đáng kể khả năng chuyển giao electron này. Trong bài báo này, tác giả xem xét các yêu cầu đối với vật liệu hỗ trợ hiệu quả dựa trên điện trở tiếp xúc giữa chất hỗ trợ và chất xúc tác kim loại, cho thấy tính chất kim loại của chất hỗ trợ là rất thuận lợi cho mục đích này. Nguyên nhân của hiệu suất cao ở các tác nhân thúc đẩy cesium được gợi ý là do tính chất electride của các suboxide của chúng thu được từ muối dưới các điều kiện phản ứng. Các hydride kiềm (A)/kiềm thổ (AE) mang TM hoạt động như các chất xúc tác hiệu quả. Vì TM hình thành liên kết mạnh hơn hoặc tương đương với H− so với liên kết A/AE-H, nên sự hình thành khoảng trống hydro được tăng cường nhờ việc lắng đọng TM. Do đó, hoạt tính cao của chúng có thể được hiểu thông qua sự hình thành electride bề mặt, phục vụ như một tác nhân thúc đẩy điện tử, nhờ việc lắng đọng TM trên các hydride này. Cải tiến chuyển giao electron có thể được mong đợi đối với các chất hỗ trợ cách điện nếu hiện tượng chốt mức Fermi xảy ra tại các khuyết tật bề mặt được tạo ra bởi việc lắng đọng TM.
Từ khóa
#chuyển giao electron #chất xúc tác #chất hỗ trợ #electride #tác nhân thúc đẩy #hợp kim kim loạiTài liệu tham khảo
Nørskov JK (1991) Electronic factors in catalysis. Prog Surf Sci 38(2):103–144
Jacobsen CJ, Dahl S, Hansen PL, Törnqvist E, Jensen L, Topsøe H, Prip DV, Møenshaug PB, Chorkendorff I (2000) Structure sensitivity of supported ruthenium catalysts for ammonia synthesis. J Mol Catal A: Chem 163(1–2):19–26
Szmigiel D, Bielawa H, Kurtz M, Hinrichsen O, Muhler M, Raróg W, Jodzis S, Kowalczyk Z, Znak L, Zieliński J (2002) The kinetics of ammonia synthesis over ruthenium-based catalysts: the role of barium and cesium. J Catal 205(1):205–212
Hosono H, Kitano M (2021) Advances in materials and applications of inorganic electrides. Chem Rev 121:3121–3185
Kitano M, Inoue Y, Yamazaki Y, Hayashi F, Kanbara S, Matsuishi S, Yokoyama T, Kim S-W, Hara M, Hosono H (2012) Ammonia synthesis using a stable electride as an electron donor and reversible hydrogen store. Nat Chem 4(11):934–940
Dye JL (2009) Electrides: early examples of quantum confinement. Acc Chem Res 42(10):1564–1572
Matsuishi S, Toda Y, Miyakawa M, Hayashi K, Kamiya T, Hirano M, Tanaka I, Hosono H (2003) High-density electron anions in a nanoporous single crystal. [Ca24Al28O64]4+(4e-). Science 301(5633):626–629
Toda Y, Yanagi H, Ikenaga E, Kim JJ, Kobata M, Ueda S, Kamiya T, Hirano M, Kobayashi K, Hosono H (2007) Work function of a room-temperature, stable electride [Ca24Al28O64]4+(e)4. Adv Mater 19(21):3564–3569
Kanbara S, Kitano M, Inoue Y, Yokoyama T, Hara M, Hosono H (2015) Mechanism switching of ammonia synthesis over Ru-loaded electride catalyst at metal–insulator transition. J Am Chem Soc 137(45):14517–14524
Yu AYC (1970) Electron tunneling and contact resistance of metal-silicon contact barriers. Solid-State Electron 13(2):239–247
Matsuishi S, Kim SW, Kamiya T, Hirano M, Hosono H (2008) Localized and delocalized electrons in room-temperature stable electride [Ca24Al28O64]4+(O2–)2–x (e-)2–x: analysis of optical reflectance spectra. J Phys Chem C 112(12):4753–4760
Sushko VP, Shluger AL, Catlow CRA (2000) Relative energies of surface and defect states: ab initio calculations for the MgO(001) surface. Surf Sci 450:153–170
Cowley AM, Sze SM (2004) Surace sstates and barrier height of metal-semiconductor system. J Appl Phys 37:3212–3220
Aika K, Shimazaki K, Hattori Y, Ohya A, Ohshima S, Shirota K, Ozaki A (1985) Support and promoter effect of ruthenium catalyst: I. Characterization of alkali-promoted ruthenium/alumina catalysts for ammonia synthesis. J Catal 92(2):296–304
Connor GP, Holland PL (2017) Coordination chemistry insights into the role of alkali metal promoters in dinitrogen reduction. Catal Today 286:21–40
Simon A (1979) Alkali metal suboxides: intermediates between salts and metals. J Solid State Chem 27(1):87–97
Raróg W, Kowalczyk Z, Sentek J, Składanowski D, Zieliński J (2000) Effect of K, Cs and Ba on the kinetics of NH3 synthesis over carbon-based ruthenium catalysts. Catal Lett 68(3):163–168
Ong PV, Johnson LE, Hosono H, Sushko PV (2017) Structure and stability of CaH2 surfaces: on the possibility of electron-rich surfaces in metal hydrides for catalysis. J Mater Chem A 5(11):5550–5558
Kitano M, Inoue Y, Ishikawa H, Yamagata K, Nakao T, Tada T, Matsuishi S, Yokoyama T, Hara M, Hosono H (2016) Essential role of hydride ion in ruthenium-based ammonia synthesis catalysts. Chem Sci 7(7):4036–4043
Nakao T, Tada T, Hosono H (2019) First-principles and microkinetic study on the mechanism for ammonia synthesis using Ru-loaded hydride catalyst. J Phys Chem C 124(3):2070–2078
Inoue Y, Kitano M, Kishida K, Abe H, Niwa Y, Sasase M, Fujita Y, Ishikawa H, Yokohama T, Hara M, Hosono H (2016) Efficient and stable ammonia synthesis by self-organized flat Ru nanoparticles on calcium amide. ACS Catal 6(11):7577–7584
Kim SW, Hosono H (2012) Synthesis and properties of 12CaO·7Al2O3 electride: review of single crystal and thin film growth. Phil Mag 92(19–21):2596–2628
Matsuishi S, Nomura T, Hirano M, Kodama K, Shamoto SI, Hosono H (2009) Direct synthesis of powdery inorganic electride [Ca24Al28O64]4+(e−)4 and determination of oxygen stoichiometry. Chem Mater 21(13):2589–2591