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《东京大学报道钼-钐协同催化氨气合成反应》

  • 来源专题：关键原材料知识服务平台
  • 编译者： 费鹏飞
  • 发布时间：2025-06-23

  • 6月3日，东京大学在《Angewandte Chemie International Edition》上发表题为“Cooperative Ammonia Formation Catalyzed by Molybdenum and Samarium Complexes”的论文，报道了钼-钐协同催化氨气合成反应。

    研究人员合成并表征了一系列带有环戊二烯基-酰胺螯合配体的新型钐配合物（通过X射线衍射解析结构）。这些配合物可作为高效的质子耦合电子转移（PCET）催化剂，在常温常压下显著提升钼催化氮气合成氨的效率。在该反应体系中，钐配合物可循环使用超过300次，并使氨生成速率较无钐配合物体系提高7倍。实验数据与密度泛函理论计算表明：钐配合物经质子化还原生成二价钐活性物种，通过PCET机制从终端质子源和还原剂向钼催化剂传递质子与电子。本研究首次实现了可循环300次的钐配合物催化剂在钼催化固氮体系中的成功应用，为质子-电子协同转移提供了范例。

  • 原文来源：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202507061
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    • 《日经产业新闻》4月10日报道，东京大学西林仁昭教授团队发明了一种常温常压下合成氨的新方法。该方法变更传统催化反应中的还原剂，不使用来自石油中的氢，仅将水和氮混合就可以实现合成氨。此方法原料有效利用率达90%以上，且无需使用试剂，有望实现低成本合成氨。目前，东京大学正与日产化学合作，以尽早实现其产业化。　　 氨在氮肥和火药等领域应用广泛，全世界年产量超过1.6亿吨。目前，合成氨主要使用20世纪初期德国化学家哈伯发明的“循环法”，即通过加入催化剂使氢气和氮气在高温高压下合成氨。此方法的高温高压需要消耗大量能源，世界能源消耗量的一定百分比均用于制氨工业。　　 西林教授致力于研究在常温常压下催化合成氨的方法使用了有机化学实验中经常使用的碘化钐作为还原剂，氢也改由从水中获取，大幅降低了合成的成本。此外，通过使用钼催化剂，仅需将上述原材料混合即可合成氨。　　 通过采用此法，合成氨的效率比之前方法提高100倍，且如果进一步改良催化剂，效率还将提高到200倍。传统循环法中采用将气体导入固态催化剂中进行反应的模式，气体转化成氨的概率较低，而此次采用混合的方法，大幅提高了原料的有效利用率。目前作为催化剂的碘化钐只能使用一次，今后还将继续研发使其可反复利用的方法，同时与日产化学合作，争取实现该制法在大型工业设备中的应用。
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