Mechanism of the Hydrazine Monohydrate Decomposition by Means of IR Spectroscopy In Situ

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Pd-containing catalysts (1%Pd/Al2O3 and 5%Pd/Al2O3) deposited on aluminum oxide were studied in the decomposition reaction of hydrazine monohydrate. According to in situ IR spectroscopy, it was found that hydrazine monohydrate is adsorbed on the coordination unsaturated centers of the catalyst surface in a linear form. When the temperature rises, the adsorbed hydrazine monohydrate loses a water molecule, which is accompanied by a change in the geometry of the molecular complex. Adsorption of hydrazine on a support and its diffusion onto palladium clusters is a more advantageous process than direct adsorption on active centers. This circumstance shows that the hydrazine adsorbed on the support can be an intermediate of its decomposition process. The studied catalysts have a maximum activity in the temperature range of 100–120°C, while the ratio of hydrogen and nitrogen concentrations in the reaction products was equal to 2, which corresponds to 100% selectivity for hydrogen. As the reaction temperature increases, the selectivity decreases significantly. The explanation of the high selectivity for hydrogen at low temperatures is due to the fact that the adsorption of N2H4 is carried out through the formation of hydrogen–metal bonds. The hydrogen–metal bond strength in such a complex is higher than the nitrogen–metal bond strength, hence the barrier for breaking the N–H bond is lower than the barrier for breaking N–N bond, which leads to breaking N–H bond and preserving the N–N bond. At elevated temperatures, some of the hydrogen atoms formed recombine, the other reacts with the surface complexes of hydrazine to form the intermediate NH3–NH3, the breaking of the bond in which leads to the formation of ammonia molecules in the gas phase.

About the authors

V. A. Matyshak

Semenov Federal Research Center for Chemical Physics,
Russian Academy of Sciences

Email: son1108@yandex.ru
Russia, 119991, Moscow, Kosygina street, 4

O. N. Silchenkova

Semenov Federal Research Center for Chemical Physics,
Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: son1108@yandex.ru
Russia, 119991, Moscow, Kosygina street, 4

A. N. Ilichev

Semenov Federal Research Center for Chemical Physics,
Russian Academy of Sciences

Email: son1108@yandex.ru
Russia, 119991, Moscow, Kosygina street, 4

M. Ya. Bykhovsky

Semenov Federal Research Center for Chemical Physics,
Russian Academy of Sciences

Email: son1108@yandex.ru
Russia, 119991, Moscow, Kosygina street, 4

R. А. Mnatsakanyan

Nalbandyan Institute of Chemical Physics National Academy
of Sciences

Email: son1108@yandex.ru
Armenia, 0014, Yerevan, P. Sevak str., 5/2

References

  1. Hydrogen and other Alternative Fuels for Air and Ground Transportation. Ed. Pohl H.W. UK: Wiley, 1995. 206 p.
  2. Deng Z.-Y., Ferreira J.M.F., Sakka Y. Hydrogen generation materials for portable applications // J. Am. Ceram. Soc. 2008. V. 91. № 12. P. 3825.
  3. Nikolaidis P., Poullikkas A. // Renew. Sustain. Energy Rev. 2017. V. 67. P. 597.
  4. Khan Z. // Int. J. Hydrogen energy. 2019. V. 44. P. 1150.
  5. Lang C., Jia Y., Yao X. // Energy Storage Mater. 2020. V. 26. P. 290.
  6. Martin C., Quintanilla A., Vega G., Casas J.A. // Appl. Catal. B: Environ. 2022. V. 317. P. 121802.
  7. Al-Thabaiti S.A., Khan Z., Malik M.A. // Int. J. Hydrogen Energy. 2019. V. 44. P. 16452.
  8. Ekinci A. // Кинетика и катализ. 2020. Т. 61. № 4. С. 540.
  9. Jiang H.L., Singh S.K., Yan J.M., Zhang X.B., Xu Q. // ChemSusChem. 2010. V. 3. P. 541.
  10. Lan R., Irvine J.T.S., Tao S. // Int. J. Hydrogen Energy. 2012. V. 37. P. 1482.
  11. Singh S.K., Xu Q. // Catal. Sci. Technol. 2013. V. 3. P. 1889.
  12. Song J., Ran R., Shao Z. // Int. J. Hydrogen Energy. 2010. V. 35. P. 7919.
  13. Zheng M., Cheng R., Chen X., Li N., Li L., Wang X., Zhang T. // Int. J. Hydrogen Energy. 2005. V. 30. P. 1081.
  14. Al-Thubaiti K.S., Khan Z. // Int. J. Hydrogen energy. 2020. V. 45. P. 13960.
  15. Motta D., Barlocco I., Bellomi S., Villa A., Dimitratos N. // Nanomaterials. 2021. V. 11. P. 1340.
  16. Schmidt E.W. Hydrazine and its Derivatives, 2nd edition. New York: Wiley Interscience, 2001. 2232 p.
  17. Manukyan K.V., Cross A., Rouvimov S., Miller J., Mukasyan A.S., Wolf E.E. // Appl. Catal. A: Gen. 2014. V. 476. P. 47.
  18. Singh S.K., Zhang X.-B., Xu Q. // J. Am. Chem. Soc. 2009. V. 131. P. 9894.
  19. Singh S.K., Zhang X.-B., Xu Q. // Eur. J. Inorg. Chem. 2011. V. 14. P. 2232.
  20. Jain P., Anila K.A., Vinod C.P. // Chem. Select. 2019. V. 4. № 9. P. 2734.
  21. Tong D.G. // J. Mater. Chem. A. 2019. V. 7. P. 20442.
  22. Матышак В.А., Сильченкова О.Н. // Кинетика и катализ. 2022. Т. 63. № 4. С. 405. (Matyshak V.A., Silchenkova O.N. // Kinet. Catal. 2022. V. 63. № 4.).
  23. Block J., Schulz-Ekloff G. // J. Catal. 1973. V. 30. P. 327.
  24. Gosser R.C., Tompkins F.C. // Trans. Faraday Soc. 1971. V. 67. P. 545
  25. Aika K.I., Ohhata T., Ozaki A. // J. Catal. 1970. V. 19. P. 140.
  26. Wood B.J., Wise H. // J. Catal. 1975. V. 39. P. 471.
  27. Maurel R., Menezo J.C. // J. Catal. 1978. V. 51. P. 293.
  28. Swarc M. // Proc. Roy. Soc. A. 1949. V. 198. P. 267.
  29. Contour J.P., Pannetier G. // J. Catal. 1972. V. 24. P. 434.
  30. Amores J.M.G., Escribano V.S., Ramis G., Busca G. // Appl.Catal. B: Environ. 1997. V. 13 P. 45.
  31. Ramis G., Li Y., Busca G. // Catal. Today. 1996. V. 28. P. 373.
  32. Chuang C.-C., Shiu J.-S., Lin J.L. // Phys. Chem. Chem. Phys. 2000.V. 2. P. 2629.
  33. Sathyanarayana D.N., Nicholls D. // Spectrochim. Acta, Part A. 1978. V. 34. P. 263.
  34. Firdous N., Janjua N.K., Qazi I., Wattoo M.H.S. // Int. J. Hydrogen Energy. 2016. V. 41. P. 984.
  35. Matyshak V.A., Krylov O.V. // Catal. Today. 1995. V. 25. P. 1.
  36. Valden M., Keiski R.L., Xiang N., Pere J., Aaltonen J., Pessa M., Maunula T., Savimaki A., Lahti A., Harkonen M. // J. Catal. 1996. V. 161. P. 614.
  37. Choi K.I., Vannice M.A. // J. Catal. 1991. V. 127. P. 465.
  38. Матышак В.А., Крылов О.В. // Кинетика и катализ. 2002. Т. 43. С. 422. (Matyshak V.A., Krylov O.V. // Kinet. Catal. 2002. V. 43. № 3. P. 391.)
  39. Contour J.P., Pannetier G. // Bull. Soc. Chim. France. 1970. P. 4260.
  40. Sacconi L., Sabatini A. // J. Inorg. Nucl. Chem. 1963. V. 25. P. 1389.
  41. Durig J.R., Bush S.F., Mercer E.E. // J. Chem. Phys. V. 1965. V. 44. P. 4238.
  42. Sathyanarayana D.N., Nicholls D. // Spectrochim. Acta. Part A. 1978. V. 34. P. 263.
  43. Amores J.M.G., Escribano V.S., Ramis G., Busca G. //Appl.Catal. B: Environ. 1997. V. 13. P. 45.
  44. Ramis G., Li Y., Busca G. // Catal. Today. 1996. V. 28. P. 373.
  45. Lieske H., Lietz G., Sprindler H., Volter J. // J. Catal. 1983. V. 81. P. 8.
  46. Zhanga P.X., Wanga Y.G., Huang Y.Q., Zhang T., Wua G.S., Li J. // Catal. Today. 2011. V. 165. P. 80.
  47. Alberas D.J., Kiss J., Liu Z.-M., White J.M. // Surf. Sci. 1992. V. 278. P. 51.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2.

Download (77KB)
3.

Download (82KB)
4.

Download (47KB)
5.

Download (124KB)
6.

Download (46KB)
7.

Download (96KB)
8.

Download (68KB)
9.

Download (41KB)
10.

Download (74KB)


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».