今日Nature:更加高效的新型合成氨方法

nanoCJ 4年前 (2019-04-25) 7527瀏覽

【引言】

由于氮肥的普遍使用，利用氮氣制備氨長期以來都是最重要的工業生產過程之一。目前，Haber-Bosch法是工業合成氨的主要方式，其生產條件需要高溫高壓，因此合成氨工業是典型的能源密集型工業。為了有效降低能耗，過渡金屬催化還原氮氣合成氨被認為是具有巨大前景的替代方法。在這類反應系統中，通常利用茂金屬或者鉀石墨作為還原劑，吡啶的共軛酸或者相關化合物作為質子來源。然而，為了發展下一代固氮系統，尋找更加低廉、易獲得以及環境友好的試劑來替代現有還原劑和質子來源就成了亟待解決的難題。

【成果簡介】

近期，東京大學的Y. Nishibayashi（通訊作者）等人展示了將醇類或者水與二碘化釤（SmI₂）聯合使用可以固定氮元素，并使其可在正常環境條件下被催化還原。二碘化釤是一種成熟的還原劑，在有機反應中可以高效還原多種功能化基團。因此，研究人員利用二碘化釤作為合成氨的還原劑，并以乙二醇或者水作為質子來源，在鉬復合物催化劑的作用下，可有效利用氨氣催化合成氨。當轉換頻率（TOF）達到117每分鐘左右時，該反應體系可以生產高達4350當量的氨，比已報道的產量高了一到兩個數量級，并且生成速率接近固氮酶體系。該研究認為，這一高效催化反應體系的實現得益于醇或者水與二碘化釤配位過程中存在較弱的O-H鍵，使得質子耦合的電子轉移過程得以實現從而提高固氮體系的反應效率。盡管遠未達到工業水平，但這一工作為深入研究催化固氮體系奠定了基礎。2019年04月24日，相關成果以題為“Molybdenum-catalysed ammonia production with samarium diiodide and alcohols or water”的文章在線發表在Nature上。

【圖文導讀】

圖1 氮氣催化還原產生氨的過程