JACS：Co/CeN双机理温和条件制氨

纳米技术

2021-08-10

目前催化合成氨的反应通常基于解离或者结合过程，其中吸附N₂分子直接进行解离、或者直接通过缔合吸附随后逐步加氢反应并且最后切断NN键释放NH₃。

有鉴于此，日本东京工业大学/上海交通大学叶天南，日本东京工业大学Masaaki Kitano、Hideo Hosono等报道CeN基底修饰Co纳米粒子作为催化剂，能够以缔合方式、解离方式两种机理在温和条件中合成氨。

通过同位素交换实验，发现吸附N₂能够在Co金属位点、CeN基底活化，因此改善了低温催化反应制氨活性。

本文要点：

（1）

通过界面上的低功函（2.6 eV）、CeN基底上生成N空穴位点，催化剂上的N₂活化反应活化能能垒降低，活化能比目前相关报道的最好Co基催化剂降低45 kJ mol^-1，因此这种催化剂得以在温和条件中进行高效合成氨。

（2）

本文首次实现了在同一催化剂上实现了两种催化反应机理合成氨。由于这种独特的催化反应机理，该催化剂的催化活性比其他类型的催化剂活性显著更高，包括Co基、Ni基催化剂，甚至比一些Ru基催化剂具有更高的催化活性。

本文结果说明氮化物材料通过容易形成的氮空穴位点能够改善过渡金属催化剂的低温制氨催化活性。

参考文献

Tian-Nan Ye*, Sang-Won Park, Yangfan Lu, Jiang Li, Jiazhen Wu, Masato Sasase, Masaaki Kitano*, and Hideo Hosono*, Dissociative and Associative Concerted Mechanism for Ammonia Synthesis over Co-Based Catalyst, J. Am. Chem. Soc. 2021

DOI: 10.1021/jacs.1c06657

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.1c06657