【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】 氨是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要原料，也是具有應(yīng)用潛力的儲(chǔ)氫載體。傳統(tǒng)合成氨工藝通常依賴(lài)高溫高壓條件，推動(dòng)合成氨向溫和、低能耗方向發(fā)展具有重要意義。釕基催化劑因具有優(yōu)異的氮?dú)饣罨芰?，被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)溫和條件下高效合成氨的重要催化材料。然而，氮?dú)夥肿又械腘≡N十分穩(wěn)定(941 kJ/mol)，難以活化；在釕基催化劑上，過(guò)量吸附的氫還會(huì)占據(jù)表面活性位點(diǎn)，阻礙氮?dú)馕脚c轉(zhuǎn)化，形成“氫中毒”。如何同時(shí)促進(jìn)氮?dú)饣罨⒕徑鈿渲卸?，是溫和條件下高效合成氨面臨的重要科學(xué)挑戰(zhàn)。
 

　　近日，清華大學(xué)化工系唐軍旺團(tuán)隊(duì)領(lǐng)銜，與華東理工大學(xué)王海豐團(tuán)隊(duì)和中石化南京化工研究院合作，開(kāi)發(fā)了鈦酸鋇負(fù)載Ru納米顆粒催化劑Ru/BaTiO3。團(tuán)隊(duì)將平均粒徑約0.9納米的Ru納米顆粒均勻分散于鈦酸鋇表面，利用光生電子調(diào)節(jié)釕活性位點(diǎn)的電子結(jié)構(gòu)與表面氫覆蓋度，促進(jìn)氮?dú)馕胶突罨?，同時(shí)利用熱激發(fā)聲子促進(jìn)后續(xù)氫化過(guò)程，為突破傳統(tǒng)合成氨的反應(yīng)條件限制提供了新的催化策略。
 

　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在350 ℃、常壓下，Ru/BaTiO3光子-聲子協(xié)同催化合成氨速率達(dá)到746.6 mmol gRu-1h-1，為相似條件下熱催化的2.58倍以及光催化的51倍。壓力提高至2 MPa時(shí)，速率達(dá)到2269 mmol gRu-1h-1。光照使表觀活化能由62 kJ mol-1降至24 kJ mol-1，并且催化劑在350 ℃、2 MPa下保持120 h的穩(wěn)定性，展現(xiàn)出了未來(lái)應(yīng)用于合成氨工業(yè)的前景。
 

　　研究展示了催化劑通過(guò)光子-聲子協(xié)同作用釋放被氫占據(jù)的位點(diǎn)同時(shí)增強(qiáng)Ru向N2的電子轉(zhuǎn)移，為解決氫中毒和氮?dú)饣罨y題提供了可借鑒的設(shè)計(jì)方向。同時(shí)，該工作突破了傳統(tǒng)依賴(lài)熱能驅(qū)動(dòng)催化反應(yīng)的單一思路，為利用多能場(chǎng)協(xié)同調(diào)控催化反應(yīng)提供了新的研究范式。未來(lái)，通過(guò)開(kāi)發(fā)高效光響應(yīng)載體、構(gòu)筑非貴金屬活性位點(diǎn)及深入揭示光子聲子協(xié)同機(jī)制，有望進(jìn)一步推動(dòng)低成本、低能耗、可持續(xù)合成氨技術(shù)的發(fā)展。
 

　　研究成果以“光子-聲子協(xié)同驅(qū)動(dòng)Ru/BaTiO3在溫和條件下合成氨”(Photon-Phonon Co-Driven Ammonia Synthesis Over Ru/BaTiO3 Under Very Mild Conditions)為題，于9月16日在線(xiàn)發(fā)表于《先進(jìn)材料》(Advanced Materials)。
 

　　清華大學(xué)化工系2024級(jí)博士生侯林琳為論文第一作者，清華大學(xué)化工系教授唐軍旺、華東理工大學(xué)教授王海豐為論文共同通訊作者。合作單位包括華東理工大學(xué)、中石化南京化工研究院有限公司。
 

　　研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金、中國(guó)石油化工集團(tuán)有限公司項(xiàng)目、清華大學(xué)-豐田聯(lián)合研究基金、陜西能源實(shí)驗(yàn)室科技計(jì)劃等的資助與支持。
 

　　引用：化工系唐軍旺團(tuán)隊(duì)合作通過(guò)光子-聲子協(xié)同催化實(shí)現(xiàn)溫和條件下高效合成氨-清華大學(xué)【引用時(shí)間：2026年10月15日】