JACS：给电子体铁催化剂助力低温氨合成

Nanoyu

2023-04-01

Haber-Bosch工艺生产的氨为超过 50 亿人提供食物；然而，目前要求在不使用化石燃料的情况下生产，以将全球二氧化碳排放量减少3%或更多。设计用于在100-150 °C 以下合成氨的多相催化剂是必不可少的，以最大限度地减少过程的能量消耗。

近日，东京工业大学Michikazu Hara发现，金属铁颗粒可以在100°C下与BaH₂结合催化H₂和N₂合成氨。

文章要点

1）与以其他过渡金属为反应位点的多相催化剂相比，铁催化剂表现出更高的TOF。这可归因于金属铁表面在<100 °C的低温下将H吸附原子解吸为H₂分子的固有性质。

2）许多用于合成氨的过渡金属，如Ru、Co和Ni，与H吸附原子的结合比铁更紧密，这些H吸附原子可在>150−200 °C的宽温度范围内引起这些过渡金属的氢中毒。因此，铁被认为是一种特殊的过渡金属，可以防止氢中毒。在BaH₂存在下向金属铁颗粒提供强电子也对铁催化剂上的低温氨形成有显着贡献，这表明碱金属氢化物可以提高铁的催化性能。因此，100多年前Mittasch首次发现可在高温下催化氨形成的铁，也可能对低温氨合成有效。

参考文献

Masashi Hattori, et al, Low-Temperature Ammonia Synthesis on Iron Catalyst with an Electron Donor, J. Am. Chem. Soc., 2023

DOI: 10.1021/jacs.2c13015

https://doi.org/10.1021/jacs.2c13015