綠色合成氨技術(shù)(催化劑在綠色有機(jī)合成中的應(yīng)用實(shí)例)

近日，中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所陳平、郭建平研究員團(tuán)隊(duì)與丹麥技術(shù)大學(xué)TejsVegge教授團(tuán)隊(duì)合作，將配位氫化物材料應(yīng)用于催化氨合成反應(yīng)中首次開(kāi)發(fā)新型堿（土）金屬。釕基三元?dú)浠锎呋瘎?shí)現(xiàn)了溫和條件下催化合成氨。相關(guān)成果發(fā)表于《自然—催化》。

氨是重要的化工原料和有前景的能源載體。以化石能源為驅(qū)動(dòng)的傳統(tǒng)氨合成行業(yè)，能源消耗高、碳排放高。因此，溫和條件下高效合成氨具有重要的科學(xué)意義和實(shí)用價(jià)值。在可再生能源驅(qū)動(dòng)的“綠色”氨合成工藝中，低溫低壓高效氨合成催化劑的開(kāi)發(fā)是核心。

團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的堿（土）金屬釕基三元?dú)浠锎呋瘎┎牧峡梢詫?shí)現(xiàn)溫和條件下催化合成氨。該催化劑材料是由釕(Ru)和負(fù)氫配位陰離子[RuH6]4-和堿(土)金屬陽(yáng)離子鋰離子(Li+)或鋇離子(Ba2+)組成的離子化合物。它在低溫、低壓下運(yùn)行。具有優(yōu)良的催化氨合成性能。當(dāng)反應(yīng)溫度低至100攝氏度時(shí)，堿(土)金屬釕基三元?dú)浠锎呋瘎┤跃哂锌蓹z測(cè)的催化活性。研究發(fā)現(xiàn)，該類三元?dú)浠锎呋瘎┎牧系陌焙铣煞磻?yīng)遵循氫輔助離解機(jī)理，其所有組分均參與氨合成反應(yīng)，即富電子Ru的配位陰離子為氮活化位，負(fù)氫為電子和質(zhì)子傳遞載體Li+或Ba2+，通過(guò)穩(wěn)定中間物種降低反應(yīng)能壘，通過(guò)多組分協(xié)同催化，氮和氫以能量最優(yōu)的反應(yīng)路徑轉(zhuǎn)化為氨。

作為一類獨(dú)特的復(fù)合催化劑，該類三元?dú)浠锎呋瘎┰诮M成、結(jié)構(gòu)、反應(yīng)動(dòng)力學(xué)性質(zhì)、活性中心機(jī)理等方面與常規(guī)多相氨合成催化劑有顯著不同，但與均相氨合成催化劑有一定的相關(guān)性。它架起了非均質(zhì)固氮和均質(zhì)固氮研究的橋梁。

該研究豐富了氨合成催化劑體系，提出了構(gòu)建“富電子、多組分活性位點(diǎn)”的氨合成催化劑設(shè)計(jì)策略，為進(jìn)一步探索低溫低壓高效氨提供了新思路合成催化劑。布夜