記者1日從中科院獲悉，中科院大連化學物理研究所潔凈能源國家實驗室(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。他們創(chuàng)新性地提出了“雙活性中心”催化劑設計策略，并由此開發(fā)出了一系列過渡金屬與氫化鋰組成的復合催化劑體系，實現(xiàn)了氨的低溫催化合成。相關研究成果于近期發(fā)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(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個大氣壓)條件下才能實現(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總量的1%—2%。而我國又是合成氨生產(chǎn)第一大國，合成氨年產(chǎn)量接近世界合成氨總量的30%。所以針對我國國情，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。
陳萍研究員帶領的團隊創(chuàng)造性地將氫化鋰作為第二組分引入到催化劑中，構筑了“過渡金屬—氫化鋰”這一雙活性中心復合催化劑體系，并提出了“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(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能壘與吸附能之間的限制關系，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復合催化劑在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。
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