3d过渡金属-氢化锂复合材料协同光热催化实现低温高效合成氨

来自多机构的研究团队开发了一种新型光热催化策略，利用3d过渡金属-氢化锂（TMs-LiH）复合材料，在温和条件（100–200?°C）下实现高效氨合成。该研究突破了传统高温高压合成氨的能耗限制，通过光诱导氢化氢还原消除机制激活氮气固定，为可持续能源与绿色氮肥生产提供了新范式。

　　

研究团队报道了一种创新的光热催化氨合成方法，采用协同作用的3d过渡金属-氢化锂（TMs-LiH）复合材料体系（包括V、Cr、Mn、Fe、Co和Ni与LiH的复合物）。这些催化剂在低温条件（100–200?°C）下表现出普适的活性，并形成特征性的“平台曲线”，表明其催化性能对特定过渡金属（TM）的依赖性较低。关键的是，在无光照的相同热条件下催化活性完全消失，证实了光热效应在反应物活化中的核心作用。

与传统热化学氨合成相比，光照下的TMs-LiH催化剂显著降低了活化能以及H₂和NH₃的反应级数，表明其氢化效率和氨脱附动力学得到增强。其中Fe-LiH表现出最高活性，深入研究揭示其在光照下与N₂发生强烈相互作用，驱动氢化氢（hydridic hydrogen）的还原消除生成H₂，从而形成还原态的Fe-LiH_1-x界面，促进氮固定并生成氨基锂物种（LiNH₂）。随后，LiNH₂在Fe-LiH_1-x上的氢化过程高效进行，最终生成NH₃。

该研究为温和条件下可持续氨合成提供了新思路，通过光热协同机制突破传统催化限制，有望推动绿色能源与氮肥生产的技术革新。