大连化物所开展碱(土)金属钌基配位氢化物合成氨催化剂新系统
富电子、多组分协同催化
近来,我所复合氢化物资料化学研讨组(DNL1901)陈萍研讨员、郭建平研讨员团队与丹麦技能大学Tejs Vegge教授团队、我所李海洋研讨员团队、我所江凌研讨员团队协作,在催化组成氨研讨方面获得重要发展。团队初次将配位氢化物资料应用于催化组成氨反响中,开发了一类新式碱(土)金属钌基三元氢化物催化剂,完成了温文条件下氨的催化组成。
氨是一种重要的化工原料和极具远景的动力载体,完成在温文条件下氨的高效组成具有重要的科学含义和实用价值。以化石动力驱动的现有组成氨工业是一种高能耗、高碳排放的进程。因而,在以可再生动力驱动的“绿色”组成氨进程中,低温低压高效组成氨催化剂的开发是核心技能,也是科研作业者们长期以来不懈寻求的方针。
本作业中,团队开发的碱(土)金属钌基三元氢化物(Li4RuH6和Ba2RuH6)催化剂资料可完成温文条件下氨的催化组成。该催化剂资料是一种离子化合物,由Ru的配位阴离子[RuH6]4-和碱(土)金属阳离子Li+或Ba2+构成,其在低温(<573K)、低压(<10bar)下具有优异的催化组成氨功能。当反响温度低至100oC时,Ba2RuH6催化剂仍有可检测的催化活性。研讨发现,该类三元氢化物催化剂资料的组成氨反响遵从氢助解离式机制,其所有组分均参加了组成氨反响,即富电子的[RuH6]4-是N2活化位点,H-是电子和质子传递载体,Li+或Ba2+经过安稳NxHy物种下降反响能垒,经过多组分协同催化,使N2和H2以能量较优的反响途径转化为NH3。
该类三元氢化物催化剂作为一类共同的化合物催化剂,其在组成、结构、反响动力学性质、活性中心效果机制等方面明显不同于惯例多相组成氨催化剂,而与均相组成氨催化剂存在必定相关,为多相固氮和均相固氮研讨架起了桥梁。更为重要的是,该项研讨丰厚了组成氨催化剂系统,并提出了构建“富电子、多组分活性位点”这一组成氨催化剂规划战略,为进一步探寻低温低压高效组成氨催化剂供给了新思路。
陈萍团队在氢化物资料研讨方面已有二十多年的堆集。此项研讨是继氢化物应用于储氢(Nature,2002)、催化氨组成(Nat. Chem.,2017)、化学链氨组成(Nat. Energy,2018)之后的又一重要发展。
相关效果以“Ternary Ruthenium Complex Hydrides for Ammonia Synthesis via the Associative Mechanism”为题,于近来宣布在《天然-催化》(Nature Catalysis)上。该作业的榜首作者是我所DNL1901博士研讨生王倩茹和丹麦技能大学Jaysree Pan博士。上述作业得到国家天然科学基金委基础科学中心项目“空气主份转化化学”、中国科学院青年立异促进会等项目的支撑。
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