元素百科介绍中国科学院大化所催化合成氨研究取得的重要进展。8月23日，中国科学院大连化学研究所研究员陈平和郭建平博士带领复合氢化物化学研究团队在催化合成氨研究方面取得了重要进展。催化剂设计理论提出了“双活性中心”，开发了过渡金属-氢化锂复合催化剂系统，实现了氨的低温催化合成。《自然化学》杂志上发表了相关研究成果。
过渡金属上氨的催化合成研究
过渡金属上氨的催化合成是多相催化研究中最具代表性的反应之一。该研究不仅奠定了合成氨的工业基础，而且极大地促进了当代催化和表面科学领域理论和技术的发展。氨的合成是放热反应。由于动力学阻力过大，工业催化合成氨必须在高温高压下(350-500°C，50-200 atm）能有效实施，能耗高。开发低温、低压、高效催化剂是降低合成氨能耗的关键，也是近百年来催化工人追求的目标。
氨低温催化合成原理
陈平研究团队创造性地将氢化锂作为催化剂的第二组分引入催化剂，通过以下三个步骤，构建了“过渡金属-氢化锂”的复合催化系统，实现了氨的低温催化合成：1.过渡金属中的N2分子（TM）表面解离吸附产生TM-N物种；2.LiH与TM-N的作用使N原子从过渡金属活性中心转移到LiH-N-H物种，再生TM活性位；3..Li-N-H物种加氢放氨再生LiH活性位。双活性中心的结构使N2和H2的活化和NH/NH2物种的吸附发生在不同的活性中心，从而打破反应能障与吸附能之间的限制关系，使氨的低温和低压合成成成为可能。双活性中心的结构使N2和H2的活化和NH/NH2物种的吸附发生在不同的活性中心，从而打破反应能障与吸附能之间的限制关系，使氨的低温和低压合成成成为可能。
实验结果表明，由于LiH的介入，第一周期过渡金属及其氮化物(从VN到Ni)都表现出较高的活性。尤其是CRN-、Mn4N-、Fe-和Co-LiH在一起，350°它的催化活性明显优于现有的铁基和贵金属坩埚催化剂。需要指出的是，Fe-LiH和Co-LiH在150°C表现出可观的氨合成催化活性，证明了双中心作用机制下氨的低温合成。在复合催化剂系统中，LiH与传统的碱金属添加剂明显不同，即它直接作为活性中心而不是电子添加剂参与催化过程。这一结果也为合成氨中长期存在争议的碱金属添加剂的作用机制提供了新的视角。
该工作得到了国家优秀青年基金、教育部能源材料化学协同创新中心、中国科学院大连化学研究所甲醇转化和煤代油新技术基础研究专项基金的资助。
