使用铁基或钌基催化剂用于工业合成NH₃通常需要苛刻的反应条件。因此有必要开发在低温和压力（250-400 °C，<2 MPa）下性能良好的催化剂。低温合成NH₃的主要挑战是极稳定的N≡N三键的难以解离。

近日，福州大学江莉龙研究员报道了以H-ZMS-5（HZ）为载体的均相单原子Ru催化剂的设计，其中Ru原子分别锚定在HZ的微孔中，通过缔合途径在温和的条件下有效地促进了NH3的合成。

文章要点

1）同步加速器近边X射线吸收精细结构（NEXAFS）和原位漂移分析表明，=N-基团是主要的中间体，DFT计算进一步表明，与Ru纳米团簇不同，单Ru原子和单原子Ru位上的氢物种的协同作用导致N₂加氢而不是直接N₂解离，间接N-N键解离更容易通过NH₃*中间体的形成而发生，而N-N键断裂的势垒从2.90 eV降至0.04 eV，表明N₂氢化是急剧削弱N-N键的有效方法。此外，速率确定步骤从N≡N的断裂转移到*N₂H₂的形成。

2）实验结果显示，具有0.2 wt.% Ru含量的单原子Ru/H-ZSM-5催化剂在已报道的Ru基催化剂中，具有最高的合成NH₃的速率（在300 ℃和1 MPa下为1.26mol_NH3g_Ru^-1h^-1）。

Xiuyun Wang, et al, Atomically Dispersed Ru Catalyst for Low-Temperature Nitrogen Activation to Ammonia via Associative Mechanism, ACS Catal., 2020

DOI: 10.1021/acscatal.0c00549

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.0c00549