近日，我组陈萍研究员、郭建平研究员团队和丹麦技术大学Tejs Vegge教授团队合作，通过实验设计与理论计算相结合, 揭示了非过渡金属基氢化钡（BaH₂）固氮及加氢产氨过程的反应机理。

氨是基础化工原料之一，是合成氮肥以及几乎所有重要含氮化学品的氮源。此外，氨亦可作为能源载体或燃料，在人类的生产、生活中发挥着至关重要的作用。传统工业合成氨过程反应条件非常苛刻，深入研究氮气的活化和转化机理，发展新型固氮及合成氨过程是研究人员不懈追求的目标。目前普遍认为，过渡金属是构成合成氨多相、均相催化剂以及固氮酶活性中心的关键组分。由于主族元素具有不同的成键及反应特性，近年来，其固氮反应化学也逐渐引起研究人员的关注。

本工作在课题组前期工作（Nat. Chem. 2017；Nat. Energy 2018; Nat. Catal. 2021）的基础上，以结构明确的碱土金属氢化物BaH₂为研究对象，结合实验表征及理论计算结果，发现BaH₂表面氢空位的存在对氮气的吸附和活化起到了关键作用。BaH₂中的负氢物种一方面经历还原消除反应释放氢气，并将电子转移至钡原子从而有助于进一步削弱氮氮键；另一方面，负氢物种可以经历还原质子化反应形成氮氢键。这与固氮酶以及某些分子氢化物配合物的固氮过程类似。该工作阐明了碱（土）金属氢化物的固氮机制，并为进一步设计高效固氮和合成氨的非过渡金属基材料提供了新的思路。

相关工作以“Transition-Metal-Free Barium Hydride Mediates Dinitrogen Fixation and Ammonia Synthesis”为题，于近日发表在《德国应用化学》（Angew. Chem. Int. Ed.）上，第一作者是我组博士研究生关业勤。上述工作得到国家自然基金委、中国科学院青年创新促进会等项目的支持。（文/图 关业勤）

文章链接：https://doi.org/10.1002/anie.202205805