合成氨反应(合成氨反应机理研究的新进展)

近日，中国科学学院大连化物所化合物氢化物材料化学研究组陈平研究员团队和分子反应动力学国家重点实验室团簇光谱与动力学研究组蒋玲研究员团队在合成氨反应机理研究方面取得新进展。相关结果发表在《德国应用化学》(Angew。化学。里面的由…编辑，DOI:10.1002/ange.201703864)，并被选为

温和条件下氨的高效合成一直是催化领域的重要研究课题。陈平团队首次报道了具有优异低温活性的LiH-3d过渡金属复合催化剂体系，提出了“氮转移”的催化机理:LiH作为第二催化中心，可以转移过渡金属表面的氮物种，形成Li2NH/LiNH2，然后加氢释放氨。这种双中心催化机制打破了活性物种在单一过渡金属上的活化能垒和吸附能之间的制约关系，使得低温低压合成氨成为可能(Nature Chemistry，2017，9，64)。然而，氮在催化剂上活化和转移的微观机理有待进一步研究。

本工作中，大连化工研究所研究组以LiH-Fe复合催化剂为研究对象，发现Fe与LiH在界面上存在强烈的相互作用。利用自行研制的团簇质谱结合光谱学实验装置，并紧密结合密度泛函理论计算，研究了Li-Fe-H三元氢化物物种(如Li4FeH6、Li5FeH6等)的存在。)被成功地检测到。更有趣的是，这些氢化物物种可以与N2反应，直接转化为含有Fe-(NH2)-Li和LiNH2的物质，从而实现N2向Li的解离、转移和氢化。同时三元氢化物中与Fe结合的带负电荷的氢转化为与N结信息资源结合的带正电荷的氢，完成双电子转移。这些基于团簇反应的研究结果表明，在Fe-LiH表面(边界)形成的Li4FeH6很可能是催化活性中心，而N2的活化可能从传统铁基催化剂C7位的均相裂解过程转变为“氢辅助解离”机制。该研究加深了对LiH-3d过渡金属催化剂上合成氨反应机理的认识，为新型高效合成氨催化剂的设计和开发提供了思路。

上述工作得到了国家杰出青年基金、国家自然科学基金重点项目、教育部能源与材料化学协同创新中心(iChEM)和大连化工学院甲醇转化与煤代油新技术基础研究项目(DICPDMTO)的支持。

大连化工研究院合成氨反应机理研究取得新进展。