| 摘 要： | 哈伯-博施法合成氨反应是高温高压的耗能过程,因此降低该过程的能量消耗及开发温和条件下合成氨反应催化剂具有重要意义.金属钌是合成氨反应中最有前途的催化剂之一,一直备受广泛关注.确定金属钌催化剂的结构敏感性并提高其比质量活性是多相催化中亟待解决的重要问题.氮气(N_2)活化是合成氨反应中的关键步骤.本文通过第一性原理理论计算和微观动力学模拟方法系统研究了具有六方密排和面心立方晶体结构的钌催化剂上N_2活化过程和N_2解离反应速率.理论计算研究表明,在六方密排Ru形貌中,{2130}晶面具有最高的N_2解离活性,其次是{0001}台阶面,它们比六方密排Ru其他表面上N_2解离反应速率高3个数量级以上;在面心立方Ru形貌中,{211}和{311}表面上N_2解离活性最高.这些结果都表明台阶面/台阶位对氮气活化至关重要.虽然六方密排Ru {2130}晶面具有最低的N_2解离能垒,然而由于面心立方Ru上可以暴露更高密度的活性位点,使得面心立方Ru比六方密排Ru具有更高的N_2转化速率.本研究深入理解了N_2解离过程中,金属Ru催化剂形貌和晶相结构敏感性,这为设计和优化高活性的合成氨Ru催化剂提供了理论基础.
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