上海自動(dòng)化儀表三廠例如氮肥的制造依賴于氨，硝酸、塑料、合成纖維的生產(chǎn)依賴于氨，玻璃清潔劑的加工依賴于氨……作為現(xiàn)代社會(huì)重要的基礎(chǔ)無(wú)機(jī)化學(xué)品，氨的用途覆蓋了工業(yè)、農(nóng)業(yè)、商業(yè)領(lǐng)域，也正因如此，綠色高效的合成氨，上海自動(dòng)化儀表三廠一直以來(lái)都是現(xiàn)代科學(xué)重要的課題，即便在合成氨技術(shù)成熟的今天，進(jìn)一步優(yōu)化工藝仍是不少科學(xué)家鉆研的目標(biāo)。

　　目前，高效合成氨主要依賴哈伯-博施法，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是從空氣中分離提取氮?dú)?，從水中制備氫氣，然后將氮和氫在高溫高壓和催化劑存在下直接合成的氨。其中氮?dú)獾奶崛∨c氫氣的制備已經(jīng)具備較為成熟且綠色的工藝，反而是催化合成的步驟，還有許多可以優(yōu)化的地方。

　　傳統(tǒng)的合成氨催化劑采用過渡金屬催化劑，即借由過渡金屬催化劑解離活化氮?dú)?，并逐步加氫促進(jìn)按期合成。然而整個(gè)過程受限于催化劑本身，呈現(xiàn)的是“火山型曲線”。前過渡周期金屬對(duì)于氮?dú)獾幕罨芰^強(qiáng)，一定程度上限制了氫的合成。而就在近日，針對(duì)這一問題我國(guó)科學(xué)家給出了新的方案。

　　據(jù)悉，中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所氫能與先進(jìn)材料研究部氫化物能源化學(xué)研究中心陳萍研究員團(tuán)隊(duì)與四川大學(xué)袁紹軍教授合作，開發(fā)出一種三元?dú)浠風(fēng)iBaH3負(fù)載原子級(jí)分散前過渡金屬錳(Mn)的高效合成氨催化劑。

　　根據(jù)中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所發(fā)布的成果，研發(fā)過程中，研究團(tuán)隊(duì)首先將前過渡金屬M(fèi)n以單原子形式負(fù)載，以減弱Mn對(duì)N2的活化強(qiáng)度，避免N2在Mn上直接解離生成過強(qiáng)的Mn-N鍵。同時(shí)，基于團(tuán)隊(duì)前期研究發(fā)現(xiàn)H?具有富電子和富氫的特性，有利于N2的活化和N-H的生成，團(tuán)隊(duì)選擇三元?dú)浠風(fēng)iBaH3作為負(fù)載單原子Mn的載體。最終研發(fā)出了該高效合成氨催化劑。

　　上海自動(dòng)化儀表有限公司據(jù)悉，在該催化劑上，氮?dú)?N2)首先在單原子Mn位點(diǎn)進(jìn)行非解離活化(*N2)，隨后通過LiBaH3中的負(fù)氫(H?)促進(jìn)N2的解離，形成*N和*NH物種，突破了傳統(tǒng)過渡金屬合成氨催化劑中普遍存在的“線性標(biāo)度關(guān)系”限制。且實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該催化劑在300攝氏度以下的合成氨速率是benchmark催化劑Cs–Ru/MgO的2.5倍，高出傳統(tǒng)體相MnNx催化劑兩個(gè)數(shù)量級(jí)以上。

　　上海自動(dòng)化儀表有限公司此外，值得一提的是，目前該成果以發(fā)表在《德國(guó)應(yīng)用化學(xué)》上，題目為“Atomically Dispersed Mn Synergized with LiBaH3on MgO Enables Efficient Ammonia Synthesis via an H?–Assisted N2Dissociation Mechanism”，感興趣的讀者可以自行查閱學(xué)習(xí)。