The Decomposition of Hydrazine in the Gas Phase and over an Iridium Catalyst

催化作用 化学 单组元推进剂 联氨(抗抑郁剂) 物理化学 催化循环 分解 氮气 无机化学 计算化学 有机化学 色谱法 燃烧
作者
Michael W. Schmidt,Mark S. Gordon
出处
期刊:Zeitschrift für Physikalische Chemie [Oldenbourg Wissenschaftsverlag]
卷期号:227 (9-11) 被引量:22
标识
DOI:10.1524/zpch.2013.0404
摘要

Hydrazine is an important rocket fuel, used as both a monopropellant and a bipropellant. This paper presents theoretical results to complement the extensive experimental studies of the gas phase and Ir catalyzed decompositions involved in the monopropellant applications of hydrazine. Gas phase electronic structure theory calculations that include electron correlation predict that numerous molecular and free radical reactions occur within the same energy range as the basic free radical pathways: NN bond breaking around 65 kcal/mol and NH bond breaking around 81 kcal/mol. The data suggest that a revision to existing kinetics modeling is desirable, based on the energetics and the new elementary steps reported herein. A supported Ir6 octahedron model for the Shell 405 Iridium catalyst used in thrusters was developed. Self-Consistent Field and electron correlation calculations (with core potentials and associated basis sets) find a rich chemistry for hydrazine on this catalyst model. The model catalyst provides dramatically lower NN and NH bond cleavage energies and an even smaller barrier to breaking the NH bond by NH2 abstractions. Thus, the low temperature decomposition over the catalyst is interpreted in terms of consecutive NH2 abstractions to produce ammonia and nitrogen. The higher temperature channel, which has hydrogen and nitrogen products, may be due to a mixture of two mechanisms. These two mechanisms are successive NH cleavages with surface H + H recombinations, and the same type of assisted H2 eliminations found to occur in the gas phase part of this study.

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