Optimization of High-Entropy Alloy Catalyst for Ammonia Decomposition and Ammonia Synthesis

氨生产 催化作用 合金 分解 吸附 高熵合金 纳米颗粒 化学 材料科学 纳米技术 化学工程 无机化学 物理化学 有机化学 冶金 工程类
作者
Wissam A. Saidi,Waseem Shadid,Götz Veser
出处
期刊:Journal of Physical Chemistry Letters [American Chemical Society]
卷期号:12 (21): 5185-5192 被引量:78
标识
DOI:10.1021/acs.jpclett.1c01242
摘要

The successful synthesis of high-entropy alloy (HEA) nanoparticles, a long-sought goal in materials science, opens a new frontier in materials science with applications across catalysis, structural alloys, and energetic materials. Recently, a Co25Mo45Fe10Ni10Cu10 HEA made of earth-abundant elements was shown to have a high catalytic activity for ammonia decomposition, which rivals that of state-of-the-art, but prohibitively expensive, ruthenium catalysts. Using a computational approach based on first-principles calculations in conjunction with data analytics and machine learning, we build a model to rapidly compute the adsorption energy of H, N, and NHx (x = 1, 2, 3) species on CoMoFeNiCu alloy surfaces with varied alloy compositions and atomic arrangements. We show that the 25/45 Co/Mo ratio identified experimentally as the most active composition for ammonia decomposition increases the likelihood that the surface adsorbs nitrogen equivalently to that of ruthenium while at the same time interacting moderately strongly with intermediates. Our study underscores the importance of computational modeling and machine learning to identify and optimize HEA alloys across their near-infinite materials design space.
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