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    活化氮轉(zhuǎn)移促使低溫合成氨成為可能

    2016-9-6 10:34:47

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       中科院大連化學物理研究所潔凈能源國家實驗室(籌)陳萍研究員、郭建平博士在催化合成氨研究 方面取得重要進展。他們創(chuàng)新性地提出了“雙活性中心”催化劑設計策略,并由此開發(fā)出了一系列過渡金屬與氫化鋰組成的復合催化劑體系,實現(xiàn)了氨的低溫催化合成。相關研究成果于近期發(fā)表在《自然—化學》期刊上。
       氨是最基本的化工原料之一,也是最主要的肥料來源。從熱力學角度看,由氮氣和氫氣反應生成氨在常溫常 壓條件下就可以進行。但是因為氮氣分子非常穩(wěn)定,難以活化,因此工業(yè)合成氨過程須在高溫高壓(350—500℃,50—200個大氣壓)條件下才能實現(xiàn)。 如此苛刻的條件使得合成氨工業(yè)每年需要消耗全球能源供應總量的1%—2%。而我國又是合成氨生產(chǎn)第一大國,合成氨年產(chǎn)量接近世界合成氨總量的30%。
       所以針對我國國情,開發(fā)低溫、低壓、高效的合成氨催化劑具有重要的戰(zhàn)略意義。陳萍研究員帶領的團隊創(chuàng)造性地將氫化鋰作為第二組分引入到催化劑中,構筑了“過渡 金屬—氫化鋰”這一雙活性中心復合催化劑體系,并提出了“活化氮轉(zhuǎn)移”的反應機理,使得氮氣和氫氣的活化及中間物種的吸附發(fā)生在不同的活性中心上,從而打 破了單一過渡金屬上的反應能壘與吸附能之間的限制關系,使得氨的低溫低壓合成成為可能。實驗結果顯示,氫化鋰的加入對第三周期過渡金屬的活性均有顯著的促 進作用,特別是Fe-LiH和Co-LiH復合催化劑在150℃即表現(xiàn)出了可觀量的氨合成催化活性,顯示出了“雙活性中心”策略的有效性和普適性。
    氨氣相關知識:
      高純氨氣是無色,有毒,堿性、強腐蝕性的可燃氣體,帶有刺激性氣味,高濃度對 眼,皮膚和黏膜有刺激。氨氣的密度比空氣小,在標準狀況下的密度為0.7081g/L。氨氣極易溶于水,在常溫,常壓下,一體積的水中能溶解700體積的 氨氣。 液氨21.1°C的飽和蒸氣壓為7.78 kgf/cm2。采用40L鋼瓶、43LDOT鋼瓶Y罐或槽車灌裝。
    高純氨主要應用于新型光電子材料領域,是MOCVD技術制備GAN的重要基礎材料。由GAN生產(chǎn)高靈敏度藍光發(fā)光二 級管和藍光激光器,以及其它相關電子器件,是國內(nèi)外都在搶占的產(chǎn)業(yè)。高純氨還是制備三氟化氮、氮化硅、的基礎材料,是生產(chǎn)超高級氮的原料氣。此外,液氨廣 泛地應用于半導體工業(yè)、冶金工業(yè),以及需要保護氣氛的其他工業(yè)和科學研究中。
    氨氣常用于合成氨氣用于制造氮肥等化工原料,工業(yè)氨氣用于氨分解制氮氫混合氣體,液氨用于電廠等工廠氨制冷系統(tǒng)的制冷劑(R717),液氨用于有機合成,高純氨氣用于LED電子行業(yè)的氮源,高純氨氣跟硅烷高純氬氣用于薄膜太陽能電池制造。

     
     
     
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