Nitrogen adsorption and ammonia decomposition on polycrystalline molybdenum

Department of Chemistry, University of Tokyo, Tokyo, Japan.

Abstract

The equilibrium adsorption of dinitrogen and the decomposition rate of ammonia were studied on a polycrystalline molybdenum foil, with constant monitoring of surface cleanliness and determination of nitrogen surface coverage by Auger Electron Spectroscopy. The mechanism of the reaction on molybdenum is identical to that on tungsten. On both metals the decomposition proceeds through two irreversible steps, the adsorption of NH₃ and the desorption of N₂ on a surface with adsorbed N as most abundant reaction intermediate. Isosteric heats of adsorption of dinitrogen vary strongly with coverage indicating a thermodynamically broadly non-uniform surface. The rate data were also well described by a non-uniform surface kinetic treatment. The dependence of the adsorption heat of N₂ and the activation energy for desorption of N₂ on nitrogen coverage θ at values of θ less than 1/2 is too strong to be due to lateral interactions and indicates a strongly heterogeneous surface.

Résumé

L'équilibre d'adsorption de l'azote moléculaire et la vitesse de décomposition de l’ammoniac ont été étudiés sur une feuille de molybdène poly cristallin. La spectroscopie AUGER a été utilisée pour suivre en continu le degré de propreté de la surface et son taux de recouvrement par l'azote. Le mécanisme de la réaction est le même sur molybdène et tungstène. Sur ces deux métaux, la décomposition se produit par l'intermédiaire de deux étapes irréversibles : l'adsorption de l'ammoniac et la désorption de l’azote moléculaire d'une surface presque entièrement recouverte par des atomes d'azote adsorbé. Les chaleurs isostériques d'adsorption de l'azote moléculaire varient fortement avec le recouvrement de la surface, ce qui indique que la surface est thermodynamiquement non uniforme. Les vitesses de réaction sont également bien décrites par un traitement cinétique sur une surface non uniforme. La variation importante de la chaleur d'adsorption et de l'énergie d'activation de désorption de l'azote moléculaire avec le taux de recouvrement θ de la surface, pour des valeurs inférieures à 1/2, ne peut être due aux interactions latérales. Elle indique plutôt l'existence d’une surface fortement hétérogène.