电磁场辅助的低温合成氨

作     者：张宝顺 王雨婷 张娜 朱杰伟 籍王阳 陈凡芃 陈星 于一夫 张兵 Bao Shun Zhang;Yuting Wang;Na Zhang;Jiewei Zhu;Wangyang Ji;Fanpeng Chen;Xing Chen;Yifu Yu;Bin Zhang

作者机构：Department of ChemistryInstitute of Molecular PlusSchool of ScienceTianjin UniversityTianjin 300072China Department of Catalysis Science and EngineeringSchool of Chemical Engineering and TechnologyTianjin UniversityTianjin 300072China Haihe Laboratory of Sustainable Chemical TransformationsTianjin 300192China 

出 版 物：《Science Bulletin》 (科学通报（英文版）)

年 卷 期：2023年第68卷第17期

页      面：1871-1874页

核心收录：

学科分类：081702[工学-化学工艺] 081705[工学-工业催化] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 080502[工学-材料学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

基　　金：supported by the National Natural Science Foundation of China(22071173 and 22003047) the Natural Science Foundation of Tianjin City(20JCJQJC00050) the Haihe Laboratory of Sustainable Chemical Transformations(22ZYJDSS00060) 

主　　题：铁基催化剂 催化剂床层 合成氨 放大实验 起始温度 电磁场 模型材料 偶极矩 

摘      要：近年来,超越传统的氮肥用途,氨越来越多地被认为是一种高密度储能载体和零碳清洁燃料.然而,传统哈伯法合成氨的严苛操作条件极大地限制了氨作为储能载体和燃料的发展.低温下实现氮气高效活化是解决上述问题的关键.本文开发了一种电磁场辅助热催化合成氨新方法.作者采用廉价的商业铁基催化剂作为模型材料,向催化剂床层引入高频、高电压电磁场,使氮气分子的偶极矩和铁基催化剂的电子结构得以被实时调控,进而提高氮气分子在催化剂表面的吸附强度,从而在低温下实现氮气的高效活化.当电磁场存在时,合成氨反应起始温度为100℃,明显低于传统热催化合成氨反应的起始温度(300℃).在填充80 g商业铁基催化剂的放大实验中,相比传统方法,电磁场辅助热催化方法的氨收率提升了5倍、能耗降低了2.7倍.