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（DNL1901組）陳萍研究員團(tuán)隊和分子反應(yīng)動力學(xué)國家重點實驗室團(tuán)簇光譜與動力學(xué)研究組（1112組）江凌研究員團(tuán)隊合作在合成氨反應(yīng)機理研究中取得新進(jìn)展，相關(guān)結(jié)果發(fā)表在Angew. Chem. Int. Ed. （DOI:10.1002/ange.201703864）上，并被選為“熱點文章”。
實現(xiàn)溫和條件下氨的高效合成一直是催化領(lǐng)域的重要研究課題。陳萍團(tuán)隊首次報道了具有優(yōu)異低溫活性的LiH-3d過渡金屬這一復(fù)合催化劑體系，并提出了“氮轉(zhuǎn)移”催化機理：LiH作為第二催化中心，可以轉(zhuǎn)移過渡金屬表面的氮物種形成Li2NH/LiNH2，繼而加氫放氨。這種雙中心的催化機制打破了單一過渡金屬上反應(yīng)物種的活化能壘和吸附能之間的限制關(guān)系，使得氨的低溫低壓合成成為可能（Nature Chemistry，2017,9,64）。而該催化劑上氮的活化和轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化的微觀機制尚有待深入研究。
在本工作中，大連化物所研究團(tuán)隊以LiH-Fe復(fù)合催化劑為研究對象，發(fā)現(xiàn)Fe與LiH在界面處存在強的相互作用。利用自主研制的團(tuán)簇質(zhì)譜與光譜聯(lián)用實驗裝置，并與密度泛函理論計算緊密結(jié)合，成功探測到該催化劑表（界）面存在Li-Fe-H三元氫化物物種（如Li4FeH6，Li5FeH6等）。更為有趣的是這些氫化物物種可與N2反應(yīng)直接轉(zhuǎn)化為含有Fe-(NH2)-Li和LiNH2的物質(zhì)，實現(xiàn)了N2的解離、向Li的轉(zhuǎn)移和加氫；同時，三元氫化物中與Fe結(jié)合帶負(fù)電荷的氫則轉(zhuǎn)化為與N結(jié)合帶正電荷的氫，完成了兩電子轉(zhuǎn)移。這些基于團(tuán)簇反應(yīng)的研究結(jié)果暗示了在Fe-LiH表（界）面形成的Li4FeH6很可能是催化活性中心，而N2的活化則有可能從傳統(tǒng)Fe基催化劑C7位上的均裂過程轉(zhuǎn)變?yōu)椤皻渲怆x”機制。這項研究加深了對LiH-3d過渡金屬催化劑上合成氨反應(yīng)機理的認(rèn)識，為新型高效合成氨催化劑的設(shè)計開發(fā)提供了思路。
大連化物所在合成氨反應(yīng)機理研究中取得新進(jìn)展
上述工作得到國家杰出青年基金、基金委重點項目、教育部能源材料化學(xué)協(xié)同創(chuàng)新中心（iChEM）和大連化物所甲醇轉(zhuǎn)化與煤代油新技術(shù)基礎(chǔ)研究專項（DICPDMTO）的資助。
