羟基化石墨烯增效的哈伯工艺
化学物理
2016-03-29 v1 材料科学
摘要
哈伯-博施法是从双原子氮和氢生产氨的主要工业方法。它能耗极高，使用铁催化剂，且需要高温高压。对哈伯工艺的任何改进都将产生极大的科学和经济影响。我们报道了使用羟基化石墨烯显著提高氨产量。利用N2/H2与NH3之间的极性差异，以及NH3普遍的质子受体行为，我们展示了哈伯-博施法平衡向氨的强烈移动。羟基化石墨烯提供了有利于正反应的极性环境，并在所研究的热力学条件下保持稳定。在298-1300 K和1-1000 bar下，实现了约50 kJ mol-1的焓增益和约60-70 kJ mol-1的自由能增益，使反应平衡强烈偏向产物。利用电子结构计算和实时反应模拟，给出了对所观测现象的清晰微观解释。所演示的原理可应用于许多极化基团对高比表面积基底的功能化，只要该系统对H2、N2和NH3化学惰性。改良的哈伯-博施法对化学工业具有重要意义，因为它在降低温度和压力的同时大幅提高了反应产率，从而降低成本。
引用
@article{arxiv.1603.08041,
title = {The Haber Process Made Efficient by Hydroxylated Graphene},
author = {Vitaly Chaban and Oleg Prezhdo},
journal= {arXiv preprint arXiv:1603.08041},
year = {2016}
}