Research Article

İridyum Katkılı Grafen Yüzey Üzerinde NH3 Ayrışma Reaksiyonu Mekanistik İncelemesi: Yoğunluk Fonksiyonel Teori Yaklaşımı

Number: 25 August 31, 2021
EN TR

İridyum Katkılı Grafen Yüzey Üzerinde NH3 Ayrışma Reaksiyonu Mekanistik İncelemesi: Yoğunluk Fonksiyonel Teori Yaklaşımı

Öz

Amonyak (NH3) ayrışma reaksiyonu, COx emisyonu içermeyen H2 üretmedeki potansiyel kullanımı nedeniyle önemlidir. NH3 ayrışma reaksiyonunda pek çok farklı katalizör kullanılmasına rağmen, metal gömülü grafen sistemler, deneysel olarak sentezlenebilir ve sadece birkaç metal atomu kullanılmasından dolayı tek atom kristal yüzeylere göre çok daha ucuzdur. Bu çalışmada, İridyum (Ir) katkılı grafen yüzey üzerinde gerçekleşen NH3 ayrışma reaksiyon mekanizması yoğunluk fonksiyonel teorisi (YFT) kullanılarak incelenmiştir. Grime D2 düzeltmesi, adsorbe edilmiş yapılar ve yüzey arasındaki etkileşimlerle indüklenebilecek Van der Waals etkileşimleri için kullanılmıştır. Öncelikle, Ir katkılı grafen yüzey üzerinde Bader yük analizi yapılmış ve elde edilen yük yoğunluğu bölgeleri elektron yoğunluk farklı ile gösterilmiştir. Ir katklı grafen yüzey üzerinde NHx (x= 0→3) türlerinin adsorpsiyonu ve onların parçalanmış NHx + yH (x+y=3) ikili bağlanma doğası araştırılmıştır. Son olarak, Ir katklı grafen yüzey üzerinde NH3 ayrışması için reaksiyon mekanması önerilmiş ve her bir reaksiyon adımı için ihtiyaç duyulan enerji bariyerleri CINEB metodu yoluyla hesaplanmıştır. Elde edilen sonuçlar, Ir katkılı grafenin, NH3 ayrışma reaksiyonu için yüksek katalitik aktivite sergilediğini göstermiştir. Ayrıca NH → N+H adımı, genel reaksiyonun hız belirleyici adımı olduğu belirlenmiştir. Elde edilen bu bilgiler ışığında, NH3 ayrışması için, Ir katklı grafen malzemeler üzerinde farklı stratejilerin ve teknolojilerin geliştirilmesinde kullanılabileceği sonucuna varılmıştır.

Anahtar Kelimeler

References

  1. Aghaei, S. M., Monshi, M. M., Torres, I., Zeidi, S. M. J., & Calizo, I. (2018). DFT study of adsorption behavior of NO, CO, NO2, and NH3 molecules on graphene-like BC3: a search for highly sensitive molecular sensor. Applied Surface Science, 427, 326-333.
  2. Akça, A., Karaman, O., & Karaman, C. (2021). Mechanistic Insights into Catalytic Reduction of N2O by CO over Cu-Embedded Graphene: A Density Functional Theory Perspective. ECS Journal of Solid State Science and Technology.
  3. Banavali, R., Chang, M. Y., Fitzwater, S. J., & Mukkamala, R. (2002). Thermal hazards screening study of the reactions between hydrogen cyanide and sulfuric acid and investigations of their chemistry. Industrial & engineering chemistry research, 41(2), 145-152.
  4. Banhart, F., Kotakoski, J., & Krasheninnikov, A. V. (2011). Structural defects in graphene. ACS nano, 5(1), 26-41.
  5. Chellappa, A. S., Fischer, C. M., & Thomson, W. J. (2002). Ammonia decomposition kinetics over Ni-Pt/Al2O3 for PEM fuel cell applications. Applied Catalysis A: General, 227(1-2), 231-240.
  6. Chen, Y., Ji, S., Chen, C., Peng, Q., Wang, D., & Li, Y. (2018). Single-atom catalysts: synthetic strategies and electrochemical applications. Joule, 2(7), 1242-1264.
  7. Choudhary, T. V., Sivadinarayana, C., & Goodman, D. W. (2001). Catalytic ammonia decomposition: COx-free hydrogen production for fuel cell applications. Catalysis Letters, 72(3), 197-201.
  8. Chu, K., Liu, Y. P., Wang, J., & Zhang, H. (2019). NiO nanodots on graphene for efficient electrochemical N2 reduction to NH3. ACS Applied Energy Materials, 2(3), 2288-2295.

Details

Primary Language

Turkish

Subjects

Engineering

Journal Section

Research Article

Publication Date

August 31, 2021

Submission Date

May 4, 2021

Acceptance Date

July 24, 2021

Published in Issue

Year 2021 Number: 25

APA
Karaman, O. (2021). İridyum Katkılı Grafen Yüzey Üzerinde NH3 Ayrışma Reaksiyonu Mekanistik İncelemesi: Yoğunluk Fonksiyonel Teori Yaklaşımı. Avrupa Bilim Ve Teknoloji Dergisi, 25, 556-561. https://doi.org/10.31590/ejosat.932871