堿（土）金屬釕基配位氫化物合成氨催化劑新體系新發(fā)展
近日，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所復(fù)合氫化物材料化學(xué)研究組研究員陳萍、郭建平團(tuán)隊(duì)，與丹麥技術(shù)大學(xué)教授Tejs Vegge團(tuán)隊(duì)、大連化物所研究員李海洋團(tuán)隊(duì)/江凌團(tuán)隊(duì)合作，在催化合成氨研究方面取得進(jìn)展。該研究首次將配位氫化物材料應(yīng)用于催化合成氨反應(yīng)中，開發(fā)出一類新型堿（土）金屬釕基三元?dú)浠锎呋瘎?，?shí)現(xiàn)了溫和條件下氨的催化合成。
氨是重要的化工原料和頗具前景的能源載體，實(shí)現(xiàn)溫和條件下氨的高效合成具有重要科學(xué)意義和實(shí)用價(jià)值。以化石能源驅(qū)動(dòng)的現(xiàn)有合成氨工業(yè)是高能耗、高碳排放的過程。因此，在以可再生能源驅(qū)動(dòng)的“綠色”合成氨過程中，低溫低壓高效合成氨催化劑的開發(fā)是核心技術(shù)，也是科研工作者追求的目標(biāo)。
本工作中，科研團(tuán)隊(duì)開發(fā)的堿（土）金屬釕基三元?dú)浠铮↙i4RuH6和Ba2RuH6）催化劑材料可實(shí)現(xiàn)溫和條件下氨的催化合成。該催化劑材料是一種離子化合物，由Ru的配位陰離子[RuH6]4-和堿（土）金屬陽離子Li+或Ba2+構(gòu)成，在低溫（<573K）、低壓（<10bar）下具有優(yōu)異的催化合成氨性能。當(dāng)反應(yīng)溫度低至100oC時(shí)，Ba2RuH6催化劑仍有可檢測的催化活性。研究發(fā)現(xiàn)，該類三元?dú)浠锎呋瘎┎牧系暮铣砂狈磻?yīng)遵循氫助解離式機(jī)制，其所有組分均參與合成氨反應(yīng)，即富電子的[RuH6]4-是N2活化位點(diǎn)，H-是電子和質(zhì)子傳遞載體，Li+或Ba2+通過穩(wěn)定NxHy物種降低反應(yīng)能壘，通過多組分協(xié)同催化，使N2和H2以能量較優(yōu)的反應(yīng)路徑轉(zhuǎn)化為NH3。
該類三元?dú)浠锎呋瘎┳鳛楠?dú)特的化合物催化劑，在組成、結(jié)構(gòu)、反應(yīng)動(dòng)力學(xué)性質(zhì)、活性中心作用機(jī)制等方面顯著不同于常規(guī)多相合成氨催化劑，而與均相合成氨催化劑存在一定關(guān)聯(lián)，這為多相固氮和均相固氮研究架起了橋梁。該研究豐富了合成氨催化劑體系，并提出了“富電子、多組分活性位點(diǎn)”合成氨催化劑設(shè)計(jì)策略，為進(jìn)一步探尋低溫低壓高效合成氨催化劑提供了新思路。
相關(guān)研究成果以Ternary Ruthenium Complex Hydrides for Ammonia Synthesis via the Associative Mechanism為題，發(fā)表在《自然-催化》（Nature Catalysis）上。研究工作得到國家自然科學(xué)基金委員會(huì)基礎(chǔ)科學(xué)中心項(xiàng)目“空氣主份轉(zhuǎn)化化學(xué)”、中科院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)等的支持。
論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41929-021-00698-8
富電子、多組分協(xié)同催化
