一鍋法、室溫、高效率！這個合成氨工藝有點意思

2020-09-16 研之成理

▲第一作者：Marc-André Légaré; 通訊作者：Holger Braunschweig
通訊單位：Institute for Inorganic Chemistry, Julius-Maximilians-Universität Würzburg,

DOI: 10.1038/s41557-020-0520-6

背景介紹

工業還原N2制氨是一個能源密集型過程，消耗了全球能源供應的很大一部分。因此，幾十年來人們一直在尋找能夠結合N2並在溫和條件下裂解其強N-N鍵的物種。直到最近，已知的唯一支持N2固定和功能化的物種是基於元素周期表s和d塊中的少數金屬。

本文亮點

● 本文作者通過一鍋法，在室溫條件下，將N2轉化為NH4Cl。

● 通過使用固相還原劑和酸性試劑，在室溫下以單一合成步驟進行複雜的多重還原質子化反應。對混合物進行簡單的酸性淬火，然後就得到銨，化肥中氨的質子化形式。

● 闡明了該過程的基本反應步驟，包括關鍵的N-N鍵裂解過程，並分離出了反應的所有中間體。

圖文解析

▲圖1、一鍋法，硼烯介導的N2合成氯化銨，以及所涉及的單個還原質子化步驟的闡明。

以50%概率的位移橢球表示5-8的固體結構。為了清楚起見，周圍的氫原子和碳橢球已經被除去。除了晶體中8個碳原子上的氫原子外，所有描繪的氫原子都位於晶體上。原子代碼：灰色，碳白色； 白色，氫； 綠色硼 紫色，鉀；藍色，氮。 在〜5 atm的壓力下施加N2。相對於硼，以10-15摩爾當量施用KC8和B(OH)3。 將所有涉及N2的反應保持在50°C以下，直到施加氣態N2，然後將其加熱到室溫。 所有其他反應均在室溫下進行。

▲圖2 硼烯介導的銨合成的總體機理示意圖。

自由基[（CAAC）BBrDur]的初始還原提供了假想的亞芳基物種A，從該物種依次進行兩個電子和兩個質子步驟以及最後的酸淬滅步驟可生成銨。可以使用固態還原劑KC8和固態質子化劑B(OH)3在一個步驟和反應容器中完成所有七個還原質子化過程。隨後的酸淬滅也可以在相同的容器中進行，無需分離步驟。因此，整個過程構成一鍋反應。橙色圓圈中的文字表示N2單元的形式還原質子化程度。


原文連結：https://www.nature.com/articles/s41557-020-0520-6

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