近日，中國(guó)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、副研究員柳林團(tuán)隊(duì)與廈門大學(xué)吳安安副教授等合作在催化合成氨研究方面取得新進(jìn)展，在氧化釤負(fù)載釕團(tuán)簇（Ru clusters/Sm2O3）合成氨催化劑表面發(fā)現(xiàn)了原位產(chǎn)生的釤氫（Sm-H）物種，并揭示了其參與催化合成氨的反應(yīng)機(jī)制。
氨是重要的化工原料，也是一種具有應(yīng)用前景的氫能源載體。在國(guó)家“雙碳”目標(biāo)背景下，合成氨行業(yè)面臨著轉(zhuǎn)型升級(jí)，基于可再生能源的綠色合成氨技術(shù)的發(fā)展需求，對(duì)合成氨催化劑提出了更高的要求。
大連化物所揭示表面氫物種與釕團(tuán)簇協(xié)同催化合成氨的反應(yīng)機(jī)制
本工作中，研究團(tuán)隊(duì)以稀土氧化物Sm2O3為載體，成功地制備了新型Ru clusters/Sm2O3合成氨催化劑。研究發(fā)現(xiàn)，該催化劑在溫和反應(yīng)條件下具有高催化活性、良好的穩(wěn)定性、耐燒結(jié)性和水雜質(zhì)耐受性等，表現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景。實(shí)驗(yàn)和理論計(jì)算結(jié)果表明，Ru clusters/Sm2O3的催化活性與催化劑表面氫物種的形成密切相關(guān)：反應(yīng)條件下，載體表面原位產(chǎn)生的Sm-H物種不僅可以有效提高釕團(tuán)簇表面電子密度，促進(jìn)N2分子在釕團(tuán)簇上的活化解離；更為重要的是，Sm-H物種作為一種活性氫物種，可以直接參與反應(yīng)過(guò)程中NH3的生成，顯著提高Ru clusters/Sm2O3催化劑的催化活性。
本工作不僅從分子層面上闡明，稀土氧化物表面氫物種與釕團(tuán)簇組成的活性中心與常規(guī)釕催化劑上B5位活性中心在催化合成氨作用機(jī)制上的不同，而且為溫和條件下實(shí)用型高效合成氨催化劑的設(shè)計(jì)與制備提供了新思路。
相關(guān)研究成果以“Synergizing Surface Hydride Species and Ru Clusters on Sm2O3 for Efficient Ammonia Synthesis”為題，發(fā)表在ACS Catalysis上。該工作的第一作者是大連化物所博士研究生張西倫。上述研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家自然科學(xué)基金委基礎(chǔ)科學(xué)中心項(xiàng)目“空氣主份轉(zhuǎn)化化學(xué)”等項(xiàng)目的支持。
