陈萍研究员、郭建平研究员团队揭示氢化钡固氮反应机制

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近日，我所复合氢化物材料化学研究组（DNL1901组）陈萍研究员、郭建平研究员和丹麦技术大学Tejs Vegge教授团队合作，通过实验设计与理论计算相结合, 揭示了非过渡金属基氢化钡（BaH2）固氮及加氢产氨过程的反应机理。
　　氨是基础化工原料之一，是合成氮肥以及几乎所有重要含氮化学品的氮源。此外，氨亦可作为能源载体或燃料，在人类的生产、生活中发挥着至关重要的作用。传统工业合成氨过程反应条件非常苛刻，深入研究氮气的活化和转化机理，发展新型固氮及合成氨过程是研究人员不懈追求的目标。目前研究人员普遍认为，过渡金属是构成合成氨多相、均相催化剂以及固氮酶活性中心的关键组分。由于主族元素具有不同的成键及反应特性，近年来，其固氮反应化学研究也逐渐引起研究人员的关注。

　　本工作在该团队前期工作（Nat. Chem.，2017；Nat. Energy，2018；Nat. Catal.，2021）的基础上，以结构明确的碱土金属氢化物BaH2为研究对象，结合实验表征及理论计算结果，发现BaH2表面氢空位的存在对氮气的吸附和活化起到了关键作用。BaH2中的负氢物种一方面通过还原消除反应释放氢气，并将电子转移至钡原子，从而有助于进一步削弱氮氮键；另一方面，负氢物种可以通过还原质子化反应形成氮氢键。这与固氮酶以及某些分子氢化物配合物的固氮过程类似。该工作阐明了碱（土）金属氢化物的固氮机制，并为进一步设计高效固氮和合成氨的非过渡金属基材料提供了新思路。
　　相关工作以“Transition-Metal-Free Barium Hydride Mediates Dinitrogen Fixation and Ammonia Synthesis”为题，于近日发表在《德国应用化学》（Angew. Chem. Int. Ed.）上，该工作的第一作者是我所DNL1901组博士研究生关业勤。上述工作得到国家自然科学基金、科技部、中国科学院青年创新促进会等项目的支持。（文/图 关业勤）
　　文章链接：https://doi.org/10.1002/anie.202205805
      


        文章来源：大连化物所
      陈萍，中国科学院大连化学物理研究所研究员，博士生导师。1997年毕业于厦门大学化学系后受聘于新加坡国立大学，历任Research Fellow, senior Research Fellow, Assistant Professor和Associate Professor。2008年作为特聘研究员加入中科院大连化学物理研究所。从事储氢材料及多相催化研究10余年，开创了金属氮基化合物和金属氨基硼烷两类储氢材料体系；首次提出了正氢与负氢的作用机制，并将其应用于储氢材料的设计开发；在固相催化、加氢、脱氢反应等方面均有研究。先后在Nature, Sciences, Nature Materials, Nature Chemistry, Nature Reviews Materials及Angewandte Chemie等学术期刊发表论文140余篇，文章引用7400余次。承担了新加坡、美国、日本及国内的科研项目计10余项；申请国家、国际专利19项；主持国际会议10余次，任2011年美国材料学会春季年会主席。在国际学术会议做特邀、邀请报告60余次。担任国际氢能联合会（International Association for Hydrogen Energy (IAHE)）国际顾问, Journal of Energy Chemistry副编辑，ChemSusChem顾问和Scientific Reports编委等。荣获“辽宁省三八红旗手标兵”称号（2015），荣获政府特殊津贴（2013），荣获国家杰出青年科学基金（2012），中国青年女科学家奖（2011），“十一五”国家科技计划执行突出贡献奖（2011），中国侨联贡献奖（2010），中科院“百人计划”择优支持（2009），新加坡国立大学杰出青年科学家奖（2007），新加坡淡马锡青年科学家奖（2006）等。
       郭建平，理学博士，中国科学院大连化学物理研究所研究员。获厦门大学学士、理学硕士学位及中国科学院大连化学物理研究所理学博士学位。目前主要从事低温、高效氨合成与分解多相催化材料的研究，以及复合氢化物材料在多相催化中的应用研究。