Industriell produktion av NH₃ har utförts av Haber-Bosch-processen i mer än 100 år, där dissociation av N₂ utgångsmaterialmolekyler som främjas av alkaliatom-samkatalysator anses vara det hastighetsbegränsande steget. Haber-Bosch-syntesen förbrukar 1 % av världens totala energiförbrukning och står för 1,4 % av den globala CO₂ utsläpp. Därför ger atomskalan insikter i K-atomen-N₂ molekylinteraktioner på metallsubstrat och specifikt kemin för främjande av alkaliatomer har global betydelse.

Forskare vid University of Pittsburgh har tillsammans med teoretiska medarbetare vid University of Science and Technology i Kina undersökt Haber-Bosch-katalysprekursorn i atomär skala.

I forskningsartikel som kommer att publiceras i Cell Reports Physical Science den 21 april 2022 kunde forskarna, ledda av Hrvoje Petek vid University of Pittsburgh, direkt observera N₂ i atomär skala genom scanning tunnelmikroskopi adsorption, deras kollektiva interaktioner och tunnling av elektroninducerad N₂ desorptionsprocesser som är relaterade till alkalifrämjande av NH₃ syntes.

Den dominerande parvisa interaktionen mellan K och N₂ är en elektrostatisk, två-center, Coulomb-attraktion, där laddning överförs från K till N₂ försvagar N₂ molekylbindning mot dess dissociation i Haber-Bosch-syntesen. K-N₂ interaktioner tolkade genom densitetsfunktionella teorin överensstämmer med de experimentella observationerna.

Studierna avslöjar de primära interaktionerna, såväl som uppkomsten av korrelerad komplexitet som definierar alkaliatomfrämjande av katalytisk kemi. + Utforska vidare

ESR-STM på enstaka molekyler och molekylbaserade strukturer