近日,中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所江凌研究員和謝華副研究員團(tuán)隊(duì)利用光電子能譜實(shí)驗(yàn)方法,研究了異雙核金屬團(tuán)簇FeV–與氮?dú)獾姆磻?yīng)機(jī)理,揭示了FeV–可在室溫下斷裂N≡N三鍵,為無機(jī)和生物固氮的研究和開發(fā)提供了新的思路。?

氮?dú)庾鳛榇髿庵凶顬樨S富的資源,將其轉(zhuǎn)化為含氮化合物對人類的生產(chǎn)和生活具有重要意義。氮?dú)獾腘≡N三鍵鍵能極大(約226kcal/mol),難于活化或斷裂,目前工業(yè)仍然主要采用傳統(tǒng)的高溫高壓Haber-Bosch工藝進(jìn)行固氮。因此,實(shí)現(xiàn)溫和條件下高效固氮是科學(xué)家們長期以來的夢想。?
江凌和謝華研究團(tuán)隊(duì)一直致力于金屬團(tuán)簇與N2反應(yīng)機(jī)理方面的研究工作。在前期相關(guān)研究(Angew.?Chem.?Int.?Ed.,2017;J.?Phys.?Chem.?Lett.,2022;Inorg.?Chem.,2023)的基礎(chǔ)上,該團(tuán)隊(duì)采用激光濺射團(tuán)簇源的方式產(chǎn)生了FeVN2–負(fù)離子,并獲得其豐富的電子結(jié)構(gòu)信息,結(jié)合量化計(jì)算確定了其穩(wěn)定的四元環(huán)結(jié)構(gòu)。研究表明,F(xiàn)eV–可在室溫條件下有效地活化并裂解N2,其自然電荷實(shí)現(xiàn)了由FeV–向N2發(fā)生轉(zhuǎn)移。該結(jié)果揭示了異核雙金屬原子協(xié)同活化N2的反應(yīng)機(jī)理,為高效固氮提供了新的策略。?
相關(guān)成果以“Dinitrogen?Activation?by?Heteronuclear?Bimetallic?Cluster?Anion?FeV–in?the?Gas?Phase”為題,發(fā)表在JACS?Au上。該工作的第一作者是中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所聯(lián)合培養(yǎng)研究生杜世虎。以上研究工作得到了科技部科技創(chuàng)新2030重大項(xiàng)目、國家自然科學(xué)基金委“動態(tài)化學(xué)前沿研究”科學(xué)中心項(xiàng)目、中科院青促會、大連相干光源專項(xiàng)基金等項(xiàng)目的資助。(文/圖?轉(zhuǎn)自中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所所主頁)?
文章鏈接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacsau.3c00143