基于亚氨基化物载氮体的化学链合成氨
编号:70
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更新:2023-03-22 12:09:39 浏览:552次
口头报告
摘要
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。
关键字
化学链合成氨,载氮体,亚氨基化物,氢化物,催化
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