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Enregistrement W4392013985 · doi:10.1021/acs.jpcc.3c06417

Unraveling the Enhanced N<sub>2</sub> Activity on CuNi Alloy Catalysts for Ammonia Production: Experiments, DFT, and Statistical Analysis

2024· article· en· W4392013985 sur OpenAlexafffund
Parastoo Agharezaei, Noguchi Goroh Tomohiro, Hirokazu Kobayashi, Hartmut Schlenz, Miho Yamauchi, Kulbir Kaur Ghuman

Notice bibliographique

RevueThe Journal of Physical Chemistry C · 2024
Typearticle
Langueen
DomaineChemical Engineering
ThématiqueAmmonia Synthesis and Nitrogen Reduction
Établissements canadiensInstitut National de la Recherche Scientifique
Organismes subventionnairesNatural Sciences and Engineering Research Council of CanadaMitacsJapan Society for the Promotion of ScienceCanada Research ChairsMinistry of Education, Culture, Sports, Science and TechnologyCanada Foundation for InnovationCompute Canada
Mots-clésAlloyAmmonia productionAmmoniaCatalysisProduction (economics)Materials scienceMetallurgyChemical engineeringChemistryOrganic chemistryEngineeringEconomics

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

One of the main challenges in designing catalysts for ammonia synthesis is to create active sites on the surface of the catalyst that prefers to reduce the strong N 2 molecule despite its highly stable structure. Binary alloys have been demonstrated as potential ammonia synthesis catalysts in the literature. However, for binary alloys to be commercially viable, one needs to improve their catalytic activity for N 2 reduction by strategically manipulating the several unique active sites present on their surface. Herein, by using computational tools, we created five different compositions of Cu x Ni 1– x (0.5 ≤ x ≤ 0.9) alloys via special quasi-random structure (SQS) and genetic algorithm (GA). The alloy with about 50% of Cu and 50% of Ni is predicted to have the highest catalytic activity based on the shift of the d-band center toward the Fermi level. We then synthesized MgO-supported Cu 0.5 Ni 0.5 nanoparticles and compared their activity for ammonia synthesis with that of Ni/MgO and Cu/MgO. It was found that the MgO-supported Cu 0.5 Ni 0.5 alloy possesses 21 times higher activity than Cu/MgO and 3 times higher than Ni/MgO for ammonia synthesis, confirming the computational results. To demonstrate the impact of alloying on the catalytic activity, we further investigated all the possible unique sites on the surface of the Cu 0.5 Ni 0.5 alloy for nitrogen reduction reaction (NRR) via density functional theory (DFT). The investigation of the 96 unique active sites on the Cu 0.5 Ni 0.5 surface demonstrated that the position and concentration of Ni atoms near each investigated adsorption site have a linear correlation with the adsorption energy of the N 2 . Along with the structural and electronic properties of the active sites modified by Ni, orientation of the N 2 molecule also plays an important role in determining the activity of the CuNi catalyst. These findings not only explained the notable increase in the activity of CuNi catalysts compared to the pure metals for NH 3 synthesis but also offered critical insights required to tailor the specific surface environment of CuNi catalysts for NRR. This knowledge can serve as a foundation for further developments in designing binary alloy catalysts for sustainable ammonia synthesis.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction distillée sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,000
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,000
Version: codex-gemma-dda1882f352aStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Expérimental (laboratoire) · Signal consensuel: Expérimental (laboratoire)
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: Empirique
Score de désaccord entre enseignants0,013
Score d'incertitude au seuil0,396

Scores Codex et Gemma par catégorie

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0000,000
Bibliométrie0,0000,000
Études des sciences et des technologies0,0000,000
Communication savante0,0000,000
Science ouverte0,0000,000
Intégrité de la recherche0,0000,000
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0000,000

Scores machine (provisoires)

Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.

Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.

Tête enseignante Opus0,012
Tête enseignante GPT0,264
Écart entre enseignants0,252 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeExpérimental (laboratoire)
Domainenon disponible
GenreEmpirique

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations9
Publié2024
Routes d'admission2
Résumé présentoui

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