Ternary ruthenium complex hydrides for ammonia synthesis via the associative mechanism

三元运算 化学 氨生产 催化作用 结合属性 机制(生物学) 三元络合物 组合化学 有机化学 物理 数学 量子力学 计算机科学 程序设计语言 纯数学
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 [Nature Portfolio]
卷期号:4 (11): 959-967 被引量:161
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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