我國科學家在低溫合成氨研究中取得重要進展

2020-11-25 人民網遼寧站

人民網大連9月1日電 近日，大連化物所潔淨能源國家實驗室（籌）陳萍研究員、郭建平博士在催化合成氨研究方面取得重要進展。該研究組創新性的提出了「雙活性中心」催化劑設計策略，並由此開發出了一系列過渡金屬與氫化鋰組成的複合催化劑體系，實現了氨的低溫催化合成。相關研究成果於近期發表在《自然-化學》期刊上。

氨是最基本的化工原料之一，也是最主要的肥料來源。從熱力學角度看，由氮氣和氫氣反應生成氨在常溫常壓條件下就可以進行。但是因為氮氣分子非常穩定，難以活化，因此工業合成氨過程須在高溫高壓（350-500℃，50-200個大氣壓）條件下才能實現，如此苛刻的條件使得合成氨工業每年需要消耗全球能源供應總量的1-2%。而我國又是合成氨生產第一大國，合成氨年產量接近世界合成氨總量的30%。所以針對我國國情，開發低溫、低壓、高效的合成氨催化劑具有重要的戰略意義。

前期的研究表明，在過渡金屬表面上，反應能壘與反應物種NHx（x=0,1,2）的吸附能之間存在著限制關係，這種限制關係使得在單一的過渡金屬催化劑上很難實現氨的低溫高效合成。這也是合成氨研究儘管已經有了上百年的歷史，但仍沒有實現低溫低壓合成的原因。針對上述問題，陳萍研究團隊創造性地將氫化鋰作為第二組分引入到催化劑中，構築了「過渡金屬—氫化鋰」這一雙活性中心複合催化劑體系，並提出了「活化氮轉移」的反應機理，使得氮氣和氫氣的活化及中間物種的吸附發生在不同的活性中心上，從而打破了單一過渡金屬上的反應能壘與吸附能之間的限制關係，使得氨的低溫低壓合成成為可能。實驗結果顯示，氫化鋰的加入對第三周期過渡金屬的活性均有顯著的促進作用，特別是Fe-LiH和Co-LiH複合催化劑在150℃即表現出了可觀量的氨合成催化活性，顯示出了「雙活性中心」策略的有效性和普適性。

大連化物所陳萍研究員帶領的研究團隊在鹼金屬氫化物、氮化物、氨基/亞氨基化合物等方面進行了十餘年的研究積累。這項研究是繼該類化合物成功應用於儲氫和催化氨分解之後的又一新的突破。（張世安）

(責編：孝媛、湯龍)

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