今日Nature:更加高效的新型合成氨方法

【引言】

由于氮肥的普遍使用，利用氮气制备氨长期以来都是最重要的工业生产过程之一。目前，Haber-Bosch法是工业合成氨的主要方式，其生产条件需要高温高压，因此合成氨工业是典型的能源密集型工业。为了有效降低能耗，过渡金属催化还原氮气合成氨被认为是具有巨大前景的替代方法。在这类反应系统中，通常利用茂金属或者钾石墨作为还原剂，吡啶的共轭酸或者相关化合物作为质子来源。然而，为了发展下一代固氮系统，寻找更加低廉、易获得以及环境友好的试剂来替代现有还原剂和质子来源就成了亟待解决的难题。

【成果简介】

近期，东京大学的Y. Nishibayashi（通讯作者）等人展示了将醇类或者水与二碘化钐（SmI₂）联合使用可以固定氮元素，并使其可在正常环境条件下被催化还原。二碘化钐是一种成熟的还原剂，在有机反应中可以高效还原多种功能化基团。因此，研究人员利用二碘化钐作为合成氨的还原剂，并以乙二醇或者水作为质子来源，在钼复合物催化剂的作用下，可有效利用氨气催化合成氨。当转换频率（TOF）达到117每分钟左右时，该反应体系可以生产高达4350当量的氨，比已报道的产量高了一到两个数量级，并且生成速率接近固氮酶体系。该研究认为，这一高效催化反应体系的实现得益于醇或者水与二碘化钐配位过程中存在较弱的O-H键，使得质子耦合的电子转移过程得以实现从而提高固氮体系的反应效率。尽管远未达到工业水平，但这一工作为深入研究催化固氮体系奠定了基础。2019年04月24日，相关成果以题为“Molybdenum-catalysed ammonia production with samarium diiodide and alcohols or water”的文章在线发表在Nature上。

【图文导读】

图1氮气催化还原产生氨的过程

图2二碘化钐-醇/水反应体系中的氨合成反应

图3 催化还原反应中的钐

图4 典型的转换频率与化学过电势

文献链接：Molybdenum-catalysed ammonia production with samarium diiodide and alcohols or water（Nature, 2019, DOI: 10.1038/s41586-019-1134-2）

本文由材料人学术组NanoCJ供稿。

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