过渡金属上氨的合成是多相催化领域的重要研究课题。钌（Ru）和铁（Fe）因具有较为适中的氮（N）吸附能，表现出优异的合成氨催化性能，被应用于工业合成氨过程中。而钒（V）、铬（Cr）、锰（Mn）等前过渡金属由于对N物种吸附较强，在合成氨反应气氛中易形成稳定的氮化物相，阻碍了后续加氢步骤，展示出较差的合成氨活性，长期以来并未引起研究人员的广泛关注。
针对这一问题，该研究团队在前期工作基础上（Nature Chem.，ACS Catal.，Angew. Chem. Int. Ed.），选取Mn金属为代表，系统研究了碱（土）金属氢化物（LiH, NaH, KH, BaH2, CaH2）对Mn金属合成氨催化作用的影响。实验结果表明，碱（土）金属氢化物的加入可使Mn的合成氨催化活性提高1至3个数量级，其中Mn-LiH和Mn-BaH2甚至可与贵金属Ru基催化剂相媲美。此外，研究结果也显示了碱（土）金属氢化物对Mn的促进效应顺序与常规碱（土）金属氧化物电子助剂明显不同。热力学分析及表征结果揭示了合成氨反应条件下，碱（土）金属氢化物与亚氨基化合物之间的物相转变，以及其与氮化锰之间的相互作用是其促进效应的本质原因。科研人员通过对Mn-LiH催化体系的构效关系进行深入研究发现，催化剂的活性相及其动力学行为（表观活化能，速控步骤等）强烈依赖于温度，空速等反应条件，这是区别于常规合成氨催化剂的又一特征。这一研究成果或可为“激活”前过渡金属的合成氨催化行为提供一个行之有效的催化剂设计策略。
该研究工作与北京大学李星国教授合作完成。该研究得到国家自然科学基金委、中日政府间合作项目、教育部能源材料化学协同创新中心（iChEM）、我所甲醇转化与煤代油新技术基础研究专项（DICPDMTO）及中科院青促会项目的资助。此外，这也是献礼我所七十周年所庆文章之一。（文/图 常菲、郭建平）
