江西理工《ASS》氨气在WC(0001)表面吸附和解离的第一性原理研究

江西理工《ASS》氨气在WC(0001)表面吸附和解离的第一性原理研究

氨催化分解制氢技术是指在固体催化剂的作用下将氨转化为清洁燃料氢气。 该技术不仅可以消除氨对大气的污染，还为解决质子交换膜燃料电池电极中毒提供了有效途径。 目前研究发现贵金属Ru和Ir对氨脱氢分解反应具有最高的催化活性。 但由于贵金属成本较高、资源稀缺，难以大规模开发利用。 碳化钨（WC）具有与Pt相似的d带电子密度态，作为贵金属氨分解催化材料的潜在替代品已被广泛研究。 目前，关于氨在WC表面吸附分解的实验研究已有文献报道。 然而，WC表面氨吸附的电子结构性质和催化分解机理仍不清楚。

江西科技大学周阳副教授课题组利用密度泛函理论（DFT）结合周期板模型方法研究了W端碳化钨（W-WC）表面NH3的存在情况C端碳化钨。 表面吸附分解反应机理（C-WC）。 W 和 C 发表了题为 First- on WC (0001) 的相关论文。

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理论计算研究结果表明：（1）W终止的WC（0001）面是最稳定的面； (2)脱氢过程中各组分的吸附能呈现如下趋势：NH3<NH2<NH<N。 各组分通过C-WC表面氮原子的孤对电子优先吸附在顶部位置，而W-WC表面的吸附以top和hcp为主； (3)过渡态结果表明，复合反应脱附作为整个反应的限速步骤，C端碳化钨表面更适合作为氨催化分解反应的催化剂； (4)电子结构计算结果表明NH3分子及其碎片通过其N原子的2pz轨道与碱基相互作用。 物质W的5dz2轨道混合并吸附在表面。 随着脱氢反应的进行，电荷转移现象逐渐明显，吸附质与底物之间的电荷转移对加速氨脱氢的催化过程起着重要作用。

图1 (a) C-WC和(b) W-WC的俯视图和吸附位点

图2 WC(0001)的表面能()与化学势的关系

图3 (a) NN复合反应和(b) HH复合反应的能量图

*感谢作者团队对本文的大力支持。