近日，中國科學院大連化學物理研究所研究員陳萍、郭建平團隊與丹麥技術大學教授Tejs Vegge團隊等合作，首次將配位氫化物材料應用于催化合成氨反應中，開發(fā)了一類新型堿(土)金屬釕基三元氫化物催化劑，實現(xiàn)了溫和條件下氨的催化合成。相關成果發(fā)表于《自然—催化》。
氨是一種重要的化工原料和極具前景的能源載體，以化石能源驅動的常規(guī)合成氨工業(yè)屬于高能耗、高碳排放，因此實現(xiàn)在溫和條件下氨的高效合成具有重要的科學意義和實用價值?？稍偕茉打寗拥?ldquo;綠色”合成氨過程中，開發(fā)低溫低壓高效合成氨催化劑是核心。
團隊開發(fā)的堿(土)金屬釕基三元氫化物催化劑材料可實現(xiàn)溫和條件下氨的催化合成。該催化劑材料是一種離子化合物，由釕(Ru)和負氫的配位陰離子[RuH6]4-和堿(土)金屬陽離子鋰離子(Li+)或鋇離子(Ba2+)構成，在低溫、低壓下具有優(yōu)異的催化合成氨性能。當反應溫度低至100攝氏度時，堿(土)金屬釕基三元氫化物催化劑仍有可檢測的催化活性。研究發(fā)現(xiàn)，該類三元氫化物催化劑材料的合成氨反應遵循氫助解離式機制，其所有組分均參與了合成氨反應，即富電子的Ru的配位陰離子是氮氣活化位點，負氫是電子和質子傳遞載體，Li+或Ba2+通過穩(wěn)定中間物種降低反應能壘，通過多組分協(xié)同催化，使氮氣和氫氣以能量較優(yōu)的反應路徑轉化為氨。
作為一類獨特的化合物催化劑，該類三元氫化物催化劑在組成、結構、反應動力學性質、活性中心作用機制等方面顯著不同于常規(guī)多相合成氨催化劑，而與均相合成氨催化劑存在一定關聯(lián)，為多相固氮和均相固氮研究架起了橋梁。
該研究豐富了合成氨催化劑體系，并提出了構建“富電子、多組分活性位點”這一合成氨催化劑設計策略，為進一步探尋低溫低壓高效合成氨催化劑提供了新思路。(卜葉)
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