我所發展亞氨基鋰介導的電驅動化學鏈合成氨新技術

原文地址：http://www.dicp.cas.cn/xwdt/kyjz/202303/t20230302_6687525.html

　　近日，我所氫能與先進材料研究部復合氫化物材料化學研究組（DNL1901組）陳萍研究員、曹湖軍副研究員、高文波副研究員團隊在化學鏈合成氨研究領域取得新進展，設計了一種亞氨基鋰（Li₂NH）介導的電驅動化學鏈合成氨（ECLAS）新過程，為可再生能源驅動的“綠色合成氨”過程提供了研究思路。

　　氫能產業的發展是助力實現“雙碳”目標的重要途徑之一，然而氫氣的儲運難題是制約其規模化發展的主要因素。氨具有儲氫量高、易液化、便于儲運等優勢，被認為是最具潛力的氫能載體之一，近期備受業界青睞。目前，工業合成氨主要采用化石能源驅動的Haber-Bosch工藝，這是一種高能耗、高碳排放的過程。因此，開發可再生能源驅動的“綠色合成氨”過程，是當前研究的熱點，同時也面臨挑戰。

　　團隊在前期開發氫化物介導低溫催化合成氨（Nat. Chem.，2017；Nat. Catal.，2021）及亞氨基化物介導熱化學鏈（CLAS）合成氨（Nat. Energy，2018；J. Mater. Chem. A，2021）研究的基礎上，提出了一種電驅動的化學鏈合成氨新過程，提高了該熱化學鏈合成氨過程的產氨速率和加氫產氨反應的氨平衡濃度。研究結果證實，以Li₂NH為載氮體，在LiCl-NaCl-KCl熔融鹽電解槽中構筑電驅動的化學鏈合成氨過程，其電能的輸入不僅提高了Li₂NH的加氫反應速率，而且顯著促進了LiH的固氮反應，該ECLAS過程的平均產氨速率比CLAS過程提高了近8倍。值得一提的是，不同于文獻報道的Li₃N介導的電化學合成氨過程（三步反應：Li⁺還原為Li；Li固氮生成Li₃N；Li₃N再質子化生成氨和Li⁺），本工作中利用的是LiH和Li₂NH之間的轉化生成氨過程（兩步反應：LiH固氮生成Li₂NH；Li₂NH加氫生成氨并再生LiH），理論上具有更優的反應熱力學，因此可在更低的電壓（<2.0 V）下實施高效產氨。本研究展示了亞氨基化物作為載氮體在電驅動化學鏈合成氨中的潛力，并為開發由可再生能源驅動的“綠色合成氨”過程提供了設計思路。

　　相關工作以“Electrodriven Chemical Looping Ammonia Synthesis Mediated by Lithium Imide”為題，于近日發表在《美國化學會能源快報》（ACS Energy Letters）上，并被評選為內封面文章。該工作的第一作者是我所DNL1901組與大連理工大學張大煜學院聯合培養博士研究生馮圣。上述工作得到了國家重點研發計劃、國家自然科學基金、中科院青促會等項目的支持。（文/圖 馮圣、高文波）

　　文章鏈接：https://doi.org/10.1021/acsenergylett.2c02730