Kinetic Study for Plasma Assisted Cracking of NH3: Approaches and Challenges

等离子体 离解(化学) 化学反应 动能 开裂 化学 介质阻挡放电 材料科学 分析化学(期刊) 物理化学 有机化学 核物理学 电极 量子力学 物理
作者
Seunghwan Bang,Ramses Snoeckx,Min Suk
出处
期刊:Journal of Physical Chemistry A [American Chemical Society]
卷期号:127 (5): 1271-1282 被引量:37
标识
DOI:10.1021/acs.jpca.2c06919
摘要

Ammonia is considered as one of the promising hydrogen carriers toward a sustainable world. Plasma assisted decomposition of NH3 could provide cost- and energy-effective, low-temperature, on-demand (partial) cracking of NH3 into H2. Here, we presented a temperature-dependent plasma-chemical kinetic study to investigate the role of both electron-induced reactions and thermally induced reactions on the decomposition of NH3. We employed a plasma-chemical kinetic model (KAUSTKin), developed a plasma-chemical reaction mechanism for the numerical analysis, and introduced a temperature-controlled dielectric barrier discharge reactor for the experimental investigation using 1 mol % NH3 diluted in N2. As a result, we observed the plasma significantly lowered the cracking temperature and found that the plasma-chemical mechanism should be further improved to better predict the experiment. The commonly used rates for the key NH3 pyrolysis reaction (NH3 + M ↔ NH2 + H + M) significantly overpredicted the recombination rate at temperatures below 600 K. Furthermore, the other identified shortcomings in the available data are (i) thermal hydrazine chemistry, (ii) electron-scattering cross-section data of NxHy, (iii) electron-impact dissociation of N2, and (iv) dissociative quenching of excited states of N2. We believe that the present study will spark fundamental interest to address these shortcomings and contribute to technical advancements in plasma assisted NH3 cracking technology.
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