Ternary ruthenium complex hydrides for ammonia synthesis via the associative mechanism

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作者
Qianru Wang,Jaysree Pan,Jianping Guo,Heine Anton Hansen,Hua Xie,Ling Jiang,Lei Hua,Haiyang Li,Yeqin Guan,Peikun Wang,Wenbo Gao,Lin Liu,Hujun Cao,Zhitao Xiong,Tejs Vegge,Ping Chen
出处
期刊:Nature Catalysis [Springer Nature]
卷期号:4 (11): 959-967 被引量:95
标识
DOI:10.1038/s41929-021-00698-8
摘要

Ammonia is the feedstock for nitrogen fertilizers and a potential carbon-free energy carrier; however, its production is highly energy intensive. Conventional heterogeneous catalysts based on metallic iron or ruthenium mediate dinitrogen dissociation and hydrogenation through a relatively energy-expensive pathway. Here we report the ternary ruthenium complex hydrides Li4RuH6 and Ba2RuH6 as an alternative class of catalysts, composed of electron- and hydrogen-rich [RuH6] anionic centres, for non-dissociative dinitrogen reduction, where hydridic hydrogen transports electrons and protons between the centres, and the Li/Ba cations stabilize NxHy (x = 0–2, y = 0–3) intermediates. The dynamic and synergistic involvement of all the components of the ternary complex hydrides facilitates an associative reaction mechanism with a narrow energy span and perfectly balanced kinetic barriers for the multistep process, leading to ammonia production from N2 + H2 with superior kinetics under mild conditions. The mechanism of ammonia synthesis on traditional iron or ruthenium catalysts features a high energetic span. Here, the authors introduce ternary ruthenium complex hydrides of lithium and barium that can activate dinitrogen via a lower-energy path, resulting in the highly efficient production of ammonia under milder conditions.
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