《自然—化学》：“活化氮转移”实现低温催化

为您介绍“活化氮转移”实现低温催化合成氨。记者9月1日从中科院获悉，中科院大连化学物理研究所洁净能源国家实验室（筹）陈萍研究员、郭建平博士在催化合成氨研究方面取得重要进展。他们创新性地提出了“双活性中心”催化剂设计谋略，并由此开发出了一系列过渡金属与氢化锂组成的复合催化剂体系，实现了氨的低温催化合成。相关研究成果于近期发表在《自然—化学》期刊上。

合成氨的条件苛刻

氨是最基本的化工原料之一，也是最主要的肥料来源。从热力学角度看，由氮气和氢气反应生成氨在常温常压条件下就能够进行。但是因为氮气分子非常稳定，难以活化，因此工业合成氨过程须在高温高压（350—500℃，50—200个大气压）条件下能力实现。如此苛刻的条件使得合成氨工业每年需要耗费全球能源供应总量的1％—2％。而我国又是合成氨生产第一大国，合成氨年产量接近世界合成氨总量的30％。所以针对我国国情，开发低温、低压、高效的合成氨催化剂具有重要的战略意义。

“活化氮转移”合成氨

陈萍研究员带领的团队创造性地将氢化锂作为第二组分引入到催化剂中，构筑了“过渡金属—氢化锂”这一双活性中心复合催化剂体系，并提出了“活化氮转移”的反应机理，使得氮气和氢气的活化及中间物种的吸附发生在不同的活性中心上，从而打破了单一过渡金属上的反应能垒与吸附能之间的限制关系，使得氨的低温低压合成成为可能。实验结果显示，氢化锂的加入对第三周期过渡金属的活性均有显著的促进作用，特别是Fe-LiH和Co-LiH复合催化剂在150℃即表现出了可观量的氨合成催化活性，显示出了“双活性中心”策略的有效性和普适性。