打破合成氨反应中线性标度关系的碗型活性位点设计:来自LaRuSi及其同构电子化物的启示（英文）

合成氨反应是现代工业和农业中提供所需氮源的关键基础化学过程,但在温和条件下实现低能耗、高效率合成氨反应的多相催化剂设计依然是一个挑战.其中,一个普适的限制起源于线性标度关系,即合成氨反应中的一系列含氮物种在催化剂表面的吸附能构成正相关的线性关系,这使得同时提高催化剂活化N2与释放NH3的能力形成矛盾,最终导致最优的催化剂设计需要采用折衷办法,即:最优催化剂对含氮物种的吸附既不能太强也不能太弱,这正是Sabatier原则.因此,线性标度关系导致了催化剂设计中的火山型曲线,其顶点限制了最优催化剂的性能.如果想进一步优化催化剂性能,超越该限制,需要设计能打破合成氨反应中线性标度关系的多相催化剂活性位点.基于电子化物LaRuSi催化合成氨反应机理的理论研究,本文揭示了一种能打破合成氨反应中线性标度关系的碗型活性中心设计.采用第一性原理计算,首先确认了LaRuSi催化剂最稳定的(001)-La表面可高效催化合成氨反应,其最优反应路径为解离机理.通过理论分析发现,(001)-La表面上的碗型活性位点在高效催化中起到了关键作用.该碗型活性位点由四个带正电的表面La离子和一个在催化过程中可变正负电荷的...