Report PORH2-D2.3.3.4 - Rapporto Tecnico delle attività svolte per lo sviluppo di modelli atomistici di siti catalitici di decomposizione dell'ammoniaca, della ricerca dei cammini di reazione, derivazione dei diagrammi di energia libera; della caratterizzazione chimico-fisica, morfologica dei materiali con proprietà catalitiche sviluppati (RE N. 30/2023) - Piano Operativo della Ricerca "Ricerca e sviluppo sull'idrogeno" finanziato dall'Unione Europea - NextGenerationEU - M2C2 Investimento 3.5 - OBIETTIVO 2 - Tecnologie innovative per lo stoccaggio e il trasporto dell'idrogeno e la sua trasformazione in derivati ed e-fuels Work package: WP2.3 Ricerca e sviluppo di tecnologie innovative per l'accumulo di idrogeno: liquido, materiali solidi, soluzioni ibride, carriers liquidi di natura non organica Linea di attività: LA2.3.3 Processi catalitici per la conversione di idrogeno in carrier liquidi di natura non organica come l'ammoniaca e studio dei relativi processi di deidrogenazione

La metodologia utilizzata a livello teorico-computazionale per derivare il diagramma di reazione per specie idruriche azotate sulla superficie hcp(0001) del rutenio (Ru) si basa su una esperienza precedente consolidata sia sulla sintesi che sulla decomposizione dell'ammoniaca , e si articola in tre componenti. Anzitutto, la necessità di investigare processi complessi su cui non esistono sufficienti informazioni empiriche rende indispensabile l'uso di metodi da principi primi quali quelli basati sulla teoria del funzionale della densità (DFT). Inoltre, per studiare questo tipo di reazioni su catalizzatori a base di nanoparticelle metalliche, è conveniente adottare modelli atomistici di "slab", che rappresentano di norma il compromesso ottimale fra sforzo computazionale DFT e accuratezza predittiva. Sono stati infine utilizzati codici "in-house" per generare automaticamente sia le strutture degli intermedi reattivi sulla superficie, sia i cammini di reazione corrispondenti che connettessero tali configurazioni in un diagramma o grafo di reazione. Le attività sono state anche focalizzate sulla caratterizzazione preliminare dei materiali catalitici preparati in precedenza. In particolare, per la sintesi di ammoniaca sono stati caratterizzati i catalizzatori a base di 4wt% Ru/CeO2 e 4wt%Ru/La2Ce2O7 preparati rispettivamente con il metodo della combustione in soluzione e con un metodo solgel. Per la deidrogenazione è stata svolta una caratterizzazione preliminare degli ossidi utilizzati come supporti e dei catalizzatori ottenuti (Ru2%wt/MgO, Ru2%wt/TiO2 ridotta, Ni10%wt/Mg(Al)O) Le caratterizzazioni hanno l'obiettivo di mettere in relazione le preparative e le strategie di design adottate con le reali proprietà chimico-fisiche e morfologiche dei catalizzatori ottenuti. I risultati, inoltre, potranno essere utilizzati successivamente per spiegare le performance catalitiche dei diversi catalizzatori preparati.