新型催化剂实现温和条件下氨催化合成

新型催化剂能够在温和条件下催化合成氨

氨催化合成工艺大连化学物理研究所供图

氨是重要的化工原料和有前景的能源载体。以化石能源为驱动的传统氨合成工业是一个高能耗、高碳排放的过程。温和条件下高效合成氨具有重要的科学意义和实用价值。近日，中国科学院大连化学物理研究所陈平、郭建平研究员团队与丹麦技术大学Tejs Vegge教授团队在催化氨合成研究方面取得进展。该团队首次将配位氢化物材料应用于催化氨合成反应中，开发出新型碱（土）金属钌基三元氢化物催化剂，实现了温和条件下催化合成氨。相关结果发表在《自然催化》杂志上。

在可再生能源驱动的“绿色”氨合成工艺中，低温低压高效氨合成催化剂的开发是核心。研究中，团队开发的碱（土）金属钌基三元氢化物催化剂材料可以实现温和条件下催化合成氨。该催化剂材料是由钌(Ru)和负氢配位阴离子[RuH6]4-和碱(土)金属阳离子锂离子(Li+)或钡离子(Ba2+)组成的离子化合物。它在低温下运行，在低压下具有优异的催化氨合成性能。当反应温度低至100摄氏度时，碱(土)金属钌基三元氢化物催化剂仍具有可检测的催化活性。研究发现，该类三元氢化物催化剂材料的氨合成反应遵循氢辅助离解机理，其所有组分均参与氨合成反应，即富电子Ru的配位阴离子为氮活化位，负氢为电子和质子传递载体Li+或Ba2+，通过稳定中间物种降低反应能垒，通过多组分协同催化，氮和氢以能量最优的反应路径转化为氨。

作为一类独特的复合催化剂，该类三元氢化物催化剂在组成、结构、反应动力学性质、活性中心机理等方面与常规多相氨合成催化剂有显着不同，但与均相氨合成催化剂有一定的相关性。。它架起了非均质固氮和均质固氮研究的桥梁。更重要的是，该研究丰富了氨合成催化剂体系，提出了氨合成催化剂构建“富电子、多组分活性位点”的设计策略，为进一步探索低温、低压、高效合成氨提供了新思路。氨合成催化剂。