大連化物所催化氨分解研究取得新進展

近日，中國科學院大連化學物理研究所潔凈能源國家實驗室氫能與先進材料部郭建平等人發(fā)現(xiàn)鋰的亞氨基化合物（Li2NH）與氮化鐵復(fù)合后表現(xiàn)出優(yōu)異的催化氨分解制氫活性。在相同反應(yīng)條件下，如450℃時，該復(fù)合催化劑體系的活性較負載型鐵基催化劑或氮化鐵高出一個數(shù)量級。這項研究不僅從新的角度闡釋了堿金屬助劑的作用，也為高效催化劑的設(shè)計，尤其是替代貴金屬催化劑的設(shè)計提供了新的思路。研究論文得到審稿人的高度評價，以VIP（Very Important Paper）形式在線發(fā)表在《德國應(yīng)用化學》雜志上 (Angew. Chem. Int. Ed., doi: 10.1002/anie.201410773)。

堿金屬助劑在眾多催化過程中發(fā)揮著重要作用。然而，其作用機制是一長期頗具爭議的研究課題。通過XRD、XAFS、同位素標記和理論計算等分析表征方法，該課題組對鋰的作用機制提出新的闡釋，即：亞氨基鋰所體現(xiàn)的性質(zhì)異于常規(guī)的電子給予作用（即電子助劑），其作為氨的傳輸介質(zhì)與氮化鐵作用生成高氮含量的三元氮化物Li3FeN2中間產(chǎn)物（Li+的誘導(dǎo)效應(yīng)穩(wěn)定了Fe-N鍵），從而改變了氨分解反應(yīng)路徑。在此發(fā)現(xiàn)的基礎(chǔ)上，該課題組進一步發(fā)展了一新型氨分解催化劑體系，即：亞氨基鋰與第三周期過渡金屬或其氮化物的復(fù)合催化材料體系。除了鈧和鋅之外，其它3d元素與Li2NH復(fù)合后均表現(xiàn)出普遍的、前所未有高的催化氨分解活性，其活性順序表現(xiàn)為有趣的火山型曲線。需要指出的是該火山型曲線的頂點位于錳元素，明顯不同于已報道的氨分解催化劑的活性規(guī)律。更為重要的是氮化錳-亞氨基鋰的催化氨分解制氫速率甚至優(yōu)于高活性的Ru/CNTs催化劑。大連化物所研究員陳萍領(lǐng)導(dǎo)的團隊在堿金屬（亞）氨基化合物方面已有十余年的積累。這項研究是繼該類化合物成功應(yīng)用于儲氫之后（Nature, 2002, 420, 302）在多相催化中的新探索。

該項工作得益于大連化物所航天催化與新材料研究室研究員王軍虎及廈門大學副教授吳安安的合作研究，并得到了國家杰出青年基金和自然科學基金的資助。

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