Rev. Phys. Appl. (Paris) 15, 1251-1259 (1980)
DOI: 10.1051/rphysap:019800015070125100

Processus catalytiques dans un réacteur à plasma hors d'équilibre I. Fixation de l'azote dans le système N2-CH4

D. Rapakoulias et J. Amouroux

Laboratoire de Génie Chimique, E.N.S.C.P., 11, rue Pierre-et-Marie-Curie 75231 Paris Cedex 05, France

Abstract
A significant improvement of Nitrogen fixation was observed in presence of a metallic grid (Fe, Cu, W, Ta, Mo) in the reactor. Experience showed that it is a heterogeneous process favored by a high vibrational excitation of the reactants. A catalysis mecanism is proposed in which the lowest molecular metastable or the fundamental of N2, vibrationally excited by the discharge, gain by chemisorption on the metal the supplement of energy necessary to their dissociation. So the catalytic process studied allows the utilisation for chemical reactivity of the important vibrational excitation of N2 molecule in the low pressure plasma chemical reactors.

Résumé
Une augmentation importante du taux de fixation de l'azote est observée en présence d'une grille métallique (Fe, Cu, Ta, W, Mo) dans le réacteur. L'expérience montre qu'il s'agit d'un processus hétérogène, favorisé par une forte excitation vibrationnelle des réactifs. Dans le mécanisme proposé les métastables moléculaires (essentiellement A3 Σu) ou le fondamental de N2, fortement excités vibrationnellement par la décharge, acquièrent par chimisorption sur le métal, le complément d'énergie nécessaire à leur dissociation. L'influence de la nature hors d'équilibre du plasma est aussi mise en évidence.

PACS
6810J - Fluid kinetics evaporation, adsorption, condensation, catalysis, etc..
6845D - Adsorption and desorption kinetics: evaporation and condensation.
8220M - Nonequilibrium chemical kinetics.
8230E - Molecule molecule reactions.
8265J - Heterogeneous catalysis at surfaces and other surface reactions.
8265M - Sorption and accommodation coefficients surface chemistry.

Key words
catalysis -- chemisorption -- molecule molecule reactions -- nitrogen -- organic compounds -- reaction kinetics -- metallic grid -- heterogeneous process -- vibrational excitation -- fundamental -- discharge -- dissociation -- low pressure plasma chemical reactors -- N sub 2 fixation -- catalytic processes -- N sub 2 +methane -- lowest molecular metastable state -- nonequilibrium plasma chemical reactor -- Fe grid -- Cu grid -- W grid -- Ta grid -- Mo grid