Nanotubos de Nitruro de Boro para la Síntesis de Amoníaco: Activación mediante el Relleno de Metales de Transición

El nitruro de boro (BN), con una estabilidad y robustez sobresalientes en diversas polimorfos, posee muchas propiedades ventajosas para aplicaciones industriales. La activación de materiales de BN para catalizadores no metálicos se encuentra entre las tareas más revolucionarias y desafiantes. Aprovechando el efecto del tamaño cuántico y el efecto sinérgico, aquí explotamos nanotubos de nitruro de boro (BNNTs) encapsulando nanocables de metales de transición tempranos, lo que es experimentalmente factible, para la fijación de nitrógeno y la síntesis de amoníaco. Utilizando cálculos de primeros principios y modelado microcinético, mostramos que los estados p ocupados y no ocupados coexistentes de los átomos de B en BNNTs llenos pueden imitar efectivamente los estados d de los metales de transición. Actúan como reservorios de electrones con energías orbitales y ocupaciones ajustables, lo que es beneficioso para la adsorción asociativa de N2 y la hidrogenación. Debido a la competencia entre la termodinámica de adsorción de gas y la cinética de la reacción de hidrogenación, la actividad puede ser optimizada controlando el tipo de metal de relleno y el tamaño del nanotubo de BN, logrando una frecuencia de recambio competitiva con la del catalizador de referencia de Fe. Estos resultados manifiestan una estrategia universal para activar nanomateriales de BN como una familia prometedora de catalizadores robustos y eficientes y proporcionan información vital sobre la relación entre actividad y estructura de banda para catalizadores no metálicos del bloque p.