考虑退火效应的Co–Ir–Ni–Rh–Ru合金用于氨分解的筛选

《npj Computational Materials》：Annealing-aware screening of Co–Ir–Ni–Rh–Ru alloys for ammonia decomposition

　　

摘要

有限温度下的成分偏聚会使得多组分材料的筛选变得复杂，因为在退火条件下，表面的实际状态可能与整体成分存在显著差异。我们以Co–Ir–Ni–Rh–Ru体系为研究对象，利用氨分解反应作为测试模型，构建了一种基于CE–MMC–微动力学框架的多组分材料筛选方法，该方法能够同时考虑成分偏聚、晶格应变以及混合表面状态的影响。基于*N-hcp吸附能（ΔE(*N)）的单一描述符模型可将温度相关的步骤统计参数与反应活性联系起来，而应变校正则有助于实现不同成分体系下的一致性筛选。MMC模拟结果显示，Ni和Rh会在表面富集，而Ru则会偏向物质内部，这使得等摩尔合金在退火后的反应活性降低，尽管在随机混合的情况下其反应速率较高。在1500?K条件下的高通量成分-活性图显示，存在富含Ru的反应活性带，其活性值可达到Ru基准值的1.4–1.5倍；表面构型熵参数（ΔS_conf）可作为判断退火温度下混合表面状态保留情况的指标。高〈TOF〉值区域与较高的ΔS_conf值区域存在重叠，因此可通过双目标成分筛选策略，同时兼顾ADR反应活性和混合表面状态的保留。通过这些分析，我们确定了最低限度的Rh/Ir掺杂比例（约5–10%）以及较大的Co/Ni替代比例（40–60%）作为具有成本效益的设计范围，同时也为多组分材料的退火条件优化筛选提供了计算方法。