近日，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所復(fù)合氫化物材料化學(xué)研究組研究員陳萍、副研究員郭建平和士常菲博等在錳基催化劑的合成氨研究方面取得新進(jìn)展。相關(guān)研究結(jié)果以全文形式發(fā)表在《美國化學(xué)會志》（J. Am. Chem. Soc.，DOI: 10.1021/jacs.8b08334）上。
大連化物所錳基合成氨催化劑研究取得新進(jìn)展
過渡金屬上氨的合成是多相催化領(lǐng)域的重要研究課題。釕（Ru）和鐵（Fe）因具有較為適中的氮（N）吸附能，表現(xiàn)出優(yōu)異的合成氨催化性能，被應(yīng)用于工業(yè)合成氨過程中。而釩（V）、鉻（Cr）、錳（Mn）等前過渡金屬由于對N物種吸附較強(qiáng)，在合成氨反應(yīng)氣氛中易形成穩(wěn)定的氮化物相，阻礙了后續(xù)加氫步驟，展示出較差的合成氨活性，長期以來并未引起研究人員的廣泛關(guān)注。
針對這一問題，該研究團(tuán)隊(duì)在前期工作基礎(chǔ)上（Nature Chem.，ACS Catal.，Angew. Chem. Int. Ed.），選取Mn金屬為代表，系統(tǒng)研究了堿（土）金屬氫化物（LiH, NaH, KH, BaH2, CaH2）對Mn金屬合成氨催化作用的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，堿（土）金屬氫化物的加入可使Mn的合成氨催化活性提高1至3個數(shù)量級，其中Mn-LiH和Mn-BaH2甚至可與貴金屬Ru基催化劑相媲美。此外，研究結(jié)果也顯示了堿（土）金屬氫化物對Mn的促進(jìn)效應(yīng)順序與常規(guī)堿（土）金屬氧化物電子助劑明顯不同。熱力學(xué)分析及表征結(jié)果揭示了合成氨反應(yīng)條件下，堿（土）金屬氫化物與亞氨基化合物之間的物相轉(zhuǎn)變，以及其與氮化錳之間的相互作用是其促進(jìn)效應(yīng)的本質(zhì)原因?？蒲腥藛T通過對Mn-LiH催化體系的構(gòu)效關(guān)系進(jìn)行深入研究發(fā)現(xiàn)，催化劑的活性相及其動力學(xué)行為（表觀活化能，速控步驟等）強(qiáng)烈依賴于溫度，空速等反應(yīng)條件，這是區(qū)別于常規(guī)合成氨催化劑的又一特征。這一研究成果或可為“激活”前過渡金屬的合成氨催化行為提供一個行之有效的催化劑設(shè)計策略。
該研究工作與北京大學(xué)教授李星國合作完成。該研究得到國家自然科學(xué)基金委、中日政府間合作項(xiàng)目、教育部能源材料化學(xué)協(xié)同創(chuàng)新中心（iChEM）、大連化物所甲醇轉(zhuǎn)化與煤代油新技術(shù)基礎(chǔ)研究專項(xiàng)（DICPDMTO）及中科院青促會項(xiàng)目的資助。此外，這也是獻(xiàn)禮我所七十周年所慶文章之一。（文/圖 常菲、郭建平）
