近日，中國科學院大連化學物理研究所催化與新材料研究中心王曉東研究員團隊與北卡羅萊納州立大學李凡星教授團隊在化學鏈氨氧化制一氧化氮方面取得新進展，提出了基于化學鏈技術的氨氧化制一氧化氮新過程。

　　硝酸是全球十大大宗化學品之一，年均消耗量超一億噸，被廣泛應用于生產肥料、尼龍，染料以及爆炸物等。自二十世紀早期，以鉑族金屬合金為催化劑，選擇氧化氨氣制一氧化氮的奧斯特瓦爾德過程（Ostwald Process）被認為是制硝酸的工業標準。然而，該過程反應溫度高（800-950 C），催化劑流失嚴重，而且是溫室氣體N₂O的最大工業排放源（1.25億噸二氧化碳當量/年）。因此，開發低成本高效催化劑以及綠色氨氧化過程受到廣泛關注。

　　本工作中，合作團隊以非貴金屬V₂O₅為催化劑，在相對溫和條件下（650 C）氨氧化制一氧化氮，該過程表現出優異的氨選擇氧化性能。與傳統奧斯特瓦爾德過程相比，基于化學鏈技術的氨氧化過程具有以下優勢：（1）化學鏈氨氧化分為還原氧化兩步（NH₃(g) + MO_ox MO_red + NO(g) +1.5H₂O(g)；MO_red + O₂(g) MO_ox），有利于精準調控NH₃的停留時間、氧化物催化劑的還原程度以及催化劑表面活性物種NH_x與晶格氧的比例；（2）被還原的催化劑可氧化再生，有利于抑制催化劑失活；（3）利用晶格氧而非非選擇性的氣相氧有利于抑制N₂O生成；（4）傳統氨氧化過程以空氣為氧化劑，氣體產物中含大量惰性氣體N₂（約占總氣流3/4），化學鏈氨氧化以金屬氧化物催化劑的晶格氧為氧化劑，排除氣流中的N₂，可實現NH₃氧化過程強化。

　　此外，研究還發現了V₂O₅化學鏈氨氧化遵循時空分離的Mars-van Krevelen機制：V=O為NH₃氧化活性中心，還原過程中活化NH₃，并與其反應生成NO，V=O斷裂，氧化過程V=O再生，從而消除NH₃和O₂在同一活性位點上的競爭吸附，V=O和二配位的氧（V-O-V）均參與了NH₃氧化過程中H的轉移。該過程優異的NH₃氧化性能源自于較低的N-H鍵斷裂，NO生成以及V=O鍵再生能壘。該工作為利用化學鏈技術清潔高效生產基礎化學品提供了重要的理論依據和全新的策略。

　　相關研究成果以“Selective Catalytic Oxidation of Ammonia to Nitric Oxide via Chemical Looping”為題，于近日發表在《自然-通訊》（Nature Communications）上。該工作的共同第一作者是大連化物所阮崇焱博士和北卡羅萊納州立大學王翕君。以上研究工作得到國家自然科學基金、中科院B類先導專項“能源化學轉化的本質與調控”等項目的資助。

　　文章鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-022-28370-0