我所催化氨分解研究取得新进展

  近日,我所洁净能源国家实验室氢能与先进材料研究部复合氢化物材料化学研究组(DNL1901)郭建平等人发现锂的亚氨基化合物(Li2NH)与氮化铁复合后表现出优异的催化氨分解制氢活性。在相同反应条件下,如450时,该复合催化剂体系的活性较负载型铁基催化剂或氮化铁高出一个数量级。这项研究不仅从新的角度阐释了碱金属助剂的作用,也为高效催化剂的设计,尤其是替代贵金属催化剂的设计提供了新的思路。研究论文得到审稿人的高度评价,以VIPVery Important Paper)形式在线发表在《德国应用化学》杂志上 (Angew. Chem. Int. Ed., doi: 10.1002/anie.201410773, http://dx.doi.org/10.1002/anie.201410773)  

  碱金属助剂在众多催化过程中发挥着重要作用。然而,其作用机制是一长期颇具争议的研究课题。通过XRDXAFS、同位素标记和理论计算等分析表征方法,该课题组对锂的作用机制提出新的阐释,即:亚氨基锂所体现的性质异于常规的电子给予作用(即电子助剂),其作为氨的传输介质与氮化铁作用生成高氮含量的三元氮化物Li3FeN2中间产物(Li+的诱导效应稳定了Fe-N键),从而改变了氨分解反应路径。在此发现的基础上,该研究组进一步发展了一新型氨分解催化剂体系,即:亚氨基锂与第三周期过渡金属或其氮化物的复合催化材料体系。除了钪和锌之外,其它3d元素与Li2NH复合后均表现出普遍的、前所未有高的催化氨分解活性,其活性顺序表现为有趣的火山型曲线。需要指出的是该火山型曲线的顶点位于锰元素,明显不同于已报道的氨分解催化剂的活性规律。更为重要的是氮化锰-亚氨基锂的催化氨分解制氢速率甚至优于高活性的Ru/CNTs催化剂。陈萍研究员领导的团队在碱金属(亚)氨基化合物方面已有十余年的积累。这项研究是继该类化合物成功应用于储氢之后(Nature, 2002, 420, 302)在多相催化中的新探索。 

  该项工作得益于我所航天催化与新材料研究室王军虎研究员及厦门大学吴安安副教授的合作研究,并得到了国家杰出青年基金和自然科学基金的资助。(文/ 郭建平) 

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