綠色合成氨技術(催化劑在綠色有機合成中的應用實例)

近日，中國科學院大連化學物理研究所陳平、郭建平研究員團隊與丹麥技術大學TejsVegge教授團隊合作，將配位氫化物材料應用于催化氨合成反應中首次開發(fā)新型堿（土）金屬。釕基三元氫化物催化劑實現(xiàn)了溫和條件下催化合成氨。相關成果發(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。以化石能源為驅動的傳統(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意義和實用價值。在可再生能源驅動的“綠色”氨合成工藝中，低溫低壓高效氨合成催化劑的開發(fā)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以實現(xiàn)溫和條件下催化合成氨。該催化劑材料是由釕(Ru)和負氫配位陰離子[RuH6]4-和堿(土)金屬陽離子鋰離子(Li+)或鋇離子(Ba2+)組成的離子化合物。它在低溫、低壓下運行。具有優(yōu)良的催化氨合成性能。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具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氨合成反應遵循氫輔助離解機理，其所有組分均參與氨合成反應，即富電子Ru的配位陰離子為氮活化位，負氫為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，氮和氫以能量最優(yōu)的反應路徑轉化為氨。

作為一類獨特的復合催化劑，該類三元氫化物催化劑在組成、結構、反應動力學性質、活性中心機理等方面與常規(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性。它架起了非均質固氮和均質固氮研究的橋梁。

該研究豐富了氨合成催化劑體系，提出了構建“富電子、多組分活性位點”的氨合成催化劑設計策略，為進一步探索低溫低壓高效氨提供了新思路合成催化劑。布夜