第二届中国化学链会议

氨不仅是氮肥的主要原料, 近年来亦被认为是一种具有重要应用前景的“能源载体”。现有的 Haber-Bosch 合成氨工艺是一严重依赖化石能源、高能耗、高碳排放的过程。开发可再生能源驱动的新型“绿色”合成氨过程是实现人类社会可持续发展的重要课题。 将合成氨反应解耦为两个或多个分步反应, 即化学链合成氨过程, 具有易与可再生能源耦合、常压操作、规避反应物竞争吸附等特点, 越来越受到业界的关注。传统的载氮体主要集中于金属氮化物，通过金属氮化物和金属氧化物间的化学循环实现化学链合成氨，如 AlN/Al2O3、 Mo2N/MoO2、Cr/Cr2N/Cr2O3、 Li/Li3N/LiOH 等。由于这些氮化物/氧化物体系的固氮及产氨热力学及/或动力学性能较差，使得固氮和/或产氨步骤通常需在高温（>1000℃） 或外场辅助下实施，能耗较大。我们发现碱（土）金属亚氨基化物是一类性能优异的载氮体， 可通过氢化物和亚氨基化物间的循环实现氨合成（固氮： 4AHx + xN2 → 2xA2/xNH + xH2；产氨： xA2/xNH +2xH2 → 2AHx+ xNH3；总反应： N2 + 3H2 → 2NH3），其中 LiH/Li2NH 和 BaH2/BaNH 具有适中的热力学性质，具有在温和条件下( ≤ 350 oC， 常压)进行化学链合成氨的潜力。同时，我们发现 3d 过渡金属（Fe， Co， Ni）或过渡金属氮化物（Mn4N） 能高效的催化氢化物固氮和亚氨基化物加氢产氨，提高AH/ANH进行化学链合成氨的动力学性能。其中，我们开发Ni-BaH2/Al2O3载氮体材料，在常压和100℃下即可实现氨的缓慢合成；在250 oC，化学链过程在常压的产氨速率比高活性的 Cs-Ru/MgO 在热催化过程（10个大气压）的产氨速率高一个数量级。这些工作表明，亚氨基化物是一类具有优异性能的低温化学链合成氨材料。

化学链合成氨,载氮体,亚氨基化物,氢化物,催化