活化氮转移促使低温合成氨成为可能
2016-9-6 10:34:47
中科院大连化学物理研究所洁净能源国家实验室（筹）陈萍研究员、郭建平博士在催化合成氨研究
方面取得重要进展。他们创新性地提出了“双活性中心”催化剂设计策略，并由此开发出了一系列过渡金属与氢化锂组成的复合催化剂体系，实现了氨的低温催化合成。相关研究成果于近期发表在《自然—化学》期刊上。
氨是最基本的化工原料之一，也是最主要的肥料来源。从热力学角度看，由氮气和氢气反应生成氨在常温常 压条件下就可以进行。但是因为氮气分子非常稳定，难以活化，因此工业合成氨过程须在高温高压（350—500℃，50—200个大气压）条件下才能实现。 如此苛刻的条件使得合成氨工业每年需要消耗全球能源供应总量的1％—2％。而我国又是合成氨生产第一大国，合成氨年产量接近世界合成氨总量的30％。
所以针对我国国情，开发低温、低压、高效的合成氨催化剂具有重要的战略意义。陈萍研究员带领的团队创造性地将氢化锂作为第二组分引入到催化剂中，构筑了“过渡 金属—氢化锂”这一双活性中心复合催化剂体系，并提出了“活化氮转移”的反应机理，使得氮气和氢气的活化及中间物种的吸附发生在不同的活性中心上，从而打 破了单一过渡金属上的反应能垒与吸附能之间的限制关系，使得氨的低温低压合成成为可能。实验结果显示，氢化锂的加入对第三周期过渡金属的活性均有显著的促 进作用，特别是Fe-LiH和Co-LiH复合催化剂在150℃即表现出了可观量的氨合成催化活性，显示出了“双活性中心”策略的有效性和普适性。
氨气相关知识:
氨是最基本的化工原料之一，也是最主要的肥料来源。从热力学角度看，由氮气和氢气反应生成氨在常温常 压条件下就可以进行。但是因为氮气分子非常稳定，难以活化，因此工业合成氨过程须在高温高压（350—500℃，50—200个大气压）条件下才能实现。 如此苛刻的条件使得合成氨工业每年需要消耗全球能源供应总量的1％—2％。而我国又是合成氨生产第一大国，合成氨年产量接近世界合成氨总量的30％。
所以针对我国国情，开发低温、低压、高效的合成氨催化剂具有重要的战略意义。陈萍研究员带领的团队创造性地将氢化锂作为第二组分引入到催化剂中，构筑了“过渡 金属—氢化锂”这一双活性中心复合催化剂体系，并提出了“活化氮转移”的反应机理，使得氮气和氢气的活化及中间物种的吸附发生在不同的活性中心上，从而打 破了单一过渡金属上的反应能垒与吸附能之间的限制关系，使得氨的低温低压合成成为可能。实验结果显示，氢化锂的加入对第三周期过渡金属的活性均有显著的促 进作用，特别是Fe-LiH和Co-LiH复合催化剂在150℃即表现出了可观量的氨合成催化活性，显示出了“双活性中心”策略的有效性和普适性。
氨气相关知识:
高纯氨气是无色，有毒，碱性、强腐蚀性的可燃气体，带有刺激性气味，高浓度对
眼，皮肤和黏膜有刺激。氨气的密度比空气小，在标准状况下的密度为0.7081g/L。氨气极易溶于水，在常温，常压下，一体积的水中能溶解700体积的
氨气。 液氨21.1°C的饱和蒸气压为7.78 kgf/cm2。采用40L钢瓶、43LDOT钢瓶Y罐或槽车灌装。
高纯氨主要应用于新型光电子材料领域，是MOCVD技术制备GAN的重要基础材料。由GAN生产高灵敏度蓝光发光二
级管和蓝光激光器，以及其它相关电子器件，是国内外都在抢占的产业。高纯氨还是制备三氟化氮、氮化硅、的基础材料，是生产超高级氮的原料气。此外，液氨广
泛地应用于半导体工业、冶金工业，以及需要保护气氛的其他工业和科学研究中。
