“活化氮轉(zhuǎn)移”使低溫合成氨成為可能

　　記者1日從中科院獲悉，中科院大連化學(xué)物理研究所潔凈能源國(guó)家實(shí)驗(yàn)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(jìn)展。他們創(chuàng)新性地提出了“雙活性中心”催化劑設(shè)計(jì)策略，并由此開發(fā)出了一系列過渡金屬與氫化鋰組成的復(fù)合催化劑體系，實(shí)現(xiàn)了氨的低溫催化合成。相關(guān)研究成果于近期發(fā)表在《自然—化學(xué)》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(xué)角度看，由氮?dú)夂蜌錃夥磻?yīng)生成氨在常溫常壓條件下就可以進(jìn)行。但是因?yàn)榈獨(dú)夥肿臃浅７€(wěn)定，難以活化，因此工業(yè)合成氨過程須在高溫高壓(350—500℃，50—200個(gè)大氣壓)條件下才能實(shí)現(xiàn)。如此苛刻的條件使得合成氨工業(yè)每年需要消耗全球能源供應(yīng)總量的1%—2%。而我國(guó)又是合成氨生產(chǎn)第一大國(guó)，合成氨年產(chǎn)量接近世界合成氨總量的30%。所以針對(duì)我國(guó)國(guó)情，開發(fā)低溫、低壓、高效的合成氨催化劑具有重要的戰(zhàn)略意義。

　　陳萍研究員帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造性地將氫化鋰作為第二組分引入到催化劑中，構(gòu)筑了“過渡金屬—氫化鋰”這一雙活性中心復(fù)合催化劑體系，并提出了“活化氮轉(zhuǎn)移”的反應(yīng)機(jī)理，使得氮?dú)夂蜌錃獾幕罨爸虚g物種的吸附發(fā)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(yīng)能壘與吸附能之間的限制關(guān)系，使得氨的低溫低壓合成成為可能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，氫化鋰的加入對(duì)第三周期過渡金屬的活性均有顯著的促進(jìn)作用，特別是Fe-LiH和Co-LiH復(fù)合催化劑在150℃即表現(xiàn)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。