铬掺杂铝基载氮体的化学链合成氨特性及机理

铝基载氮体化学链合成氨是一种具有良好发展潜力的新型合成氨技术,在高效合成氨的同时实现煤炭等碳基能源的清洁利用。然而,在氮化反应温度下铝基载氮体不可避免会转化为活性较低的α-Al_(2)O_(3),降低氨合成效率。为解决这一问题,利用共沉淀法制备了一系列Cr掺杂的CA-x%(x=0、2.5、5.0、7.5、10.0)载氮体样品用于化学链合成氨反应特性研究。XRD、XPS表明,Cr原子均匀掺杂进入Al_(2)O_(3)晶格内部并提高了其氧活性。将5种载氮体样品用于氮化-氨化反应试验,结果表明CA-5%载氮体的合成氨性能最佳,其NH 3收集量约为未掺杂时的3倍,Cr掺杂同时促进了氮化和氨化反应的进行。利用Material Studio软件建立载氮体的氮化反应模型,DFT计算结果表明Cr原子的掺杂可显著降低氮化反应过程中CO的生成以及N 2解离吸附过程的能垒,Cr掺杂后Al_(2)O_(3)的晶格氧稳定性降低,氧原子更易从载氮体表面解离且更易与N 2反应生成氮化铝。最后选用CA-5%载氮体进行10次氮化-氨化反应试验验证了Cr掺杂铝基载氮体的循环稳定性。