在较低温度下（例如，50°C）催化N₂和H₂合成氨的高效催化剂的开发对实现零CO₂排放的氨生产具有重要意义。近日，东京工业大学Michikazu Hara, Hideo Hosono等报道合成了一种沉积有钌（Ru）纳米颗粒立方CaFH固溶体催化剂，实现了低温下（50°C）由N₂和H₂气体合成氨。

本文要点：

1）作者合成了一种稳定的供电子非均相催化剂，沉积有Ru纳米颗粒立方CaFH固溶体，实现了低温下氨的合成。

2）实验表明，该催化剂在50°C下由N₂和H₂气体合成氨，其活化能非常小，为20 kJ mol^-1，比常规催化剂少一半。

3）进一步研究发现，该催化剂高的供电子能力来源于H^-和F^-空位之间的强电子排斥力，这极大地增强了电子穿过Ru的3d轨道向N₂分子的π*轨道的提供电子的能力。此外，该催化剂高的性能可归因于固溶体中Ca²⁺和H^-离子之间的弱离子键以及氢原子从H^-位点的轻易释放。

Masashi Hattori, et al. Solid solution for catalytic ammonia synthesis from nitrogen and hydrogen gases at 50 °C. Nat. Commun. 2020,

DOI: 10.1038/s41467-020-15868-8

https://www.nature.com/articles/s41467-020-15868-8