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活化氮轉移促使低溫合成氨成為可能
2016-9-6 10:34:47
中科院大連化學物理研究所潔淨能源國家實驗室（籌）陳萍研究員、郭建平博士在催化合成氨研究
方麵取得重要進展。他們創新性地提出了“雙活性中心”催化劑設計策略，並由此開發出了一係列過渡金屬與氫化鋰組成的複合催化劑體係，實現了氨的低溫催化合成。相關研究成果於近期發表在《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定，難以活化，因此工業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。 如此苛刻的條件使得合成氨工業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第一大國，合成氨年產量接近世界合成氨總量的30％。
所以針對我國國情，開發低溫、低壓、高效的合成氨催化劑具有重要的戰略意義。陳萍研究員帶領的團隊創造性地將氫化鋰作為第二組分引入到催化劑中，構築了“過渡 金屬—氫化鋰”這一雙活性中心複合催化劑體係，並提出了“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製關係，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複合催化劑在150℃即表現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。
氨氣相關知識:
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定，難以活化，因此工業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。 如此苛刻的條件使得合成氨工業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第一大國，合成氨年產量接近世界合成氨總量的30％。
所以針對我國國情，開發低溫、低壓、高效的合成氨催化劑具有重要的戰略意義。陳萍研究員帶領的團隊創造性地將氫化鋰作為第二組分引入到催化劑中，構築了“過渡 金屬—氫化鋰”這一雙活性中心複合催化劑體係，並提出了“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製關係，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複合催化劑在150℃即表現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。
氨氣相關知識:
高純氨氣是無色，有毒，堿性、強腐蝕性的可燃氣體，帶有刺激性氣味，高濃度對
眼，皮膚和黏膜有刺激。氨氣的密度比空氣小，在標準狀況下的密度為0.7081g/L。氨氣極易溶於水，在常溫，常壓下，一體積的水中能溶解700體積的
氨氣。 液氨21.1°C的飽和蒸氣壓為7.78 kgf/cm2。采用40L鋼瓶、43LDOT鋼瓶Y罐或槽車灌裝。
高純氨主要應用於新型光電子材料領域，是MOCVD技術製備GAN的重要基礎材料。由GAN生產高靈敏度藍光發光二
級管和藍光激光器，以及其它相關電子器件，是國內外都在搶占的產業。高純氨還是製備三氟化氮、氮化矽、的基礎材料，是生產超高級氮的原料氣。此外，液氨廣
泛地應用於半導體工業、冶金工業，以及需要保護氣氛的其他工業和科學研究中。
