Adsorption and dehydrogenation of ammonia on Ru55, Cu55 and Ru@Cu54 nanoclusters: role of single atom alloy catalyst

文献情報

出版日 2023-12-12
DOI 10.1039/D3CP04830F
インパクトファクター 3.676
著者

D. Chattaraj, C. Majumder


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要旨

Hydrogen production by the catalytic decomposition of ammonia (NH3) is an important process for several important applications, which include energy production and environment-related issues. The role of single Ru-atom substitution in a Cu55 nanocluster (NC) has been illustrated using the NH3 decomposition reaction as a model system. The structural stability of Ru@Cu54 NC has been evaluated using Ru55 and Cu55 NCs for comparison. Ru@Cu54 prefers an icosahedron structure (Ih), like Ru55 and Cu55 NCs, with almost comparable average binding energies of −5.55 eV per atom. The adsorption of NHx (x = 0–3) on different adsorption sites of the icosahedron Ru@Cu54 NC has also been studied and the corresponding adsorption energies have been estimated. The site-preference investigation suggested that NH3 prefers to adsorb vertically to the Ru@Cu54. The stable geometries of the N and H atoms on the high symmetry adsorption sites of Ru@Cu54 NC have been studied. Although the N atom favours top and hollow sites, the H atom prefers to stay in the Ru–Cu bridge site along with the hollow sites. The adsorption energy of N on the Ru@Cu54 NC fcc site is found to be −5.42 eV, which is very close to the optimal value (−5.81 eV) of the ammonia decomposition volcano curve. The reaction energies for stepwise H atom elimination from an adsorbed NH3 molecule have been estimated. Finally, NH3 adsorption and decomposition on Ru@Cu54 have been illustrated in terms of electronic structure analysis. The energetics calculations for the dehydrogenation of NH3 suggest that Ru@Cu54 NC can be a suitable catalyst.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
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