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封面文章|Chem：常温常压下热催化合成氨

发布时间: 2026-07-23 09:02:43 来源：科学网微信公众号

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祝贺！近日，由 科学网科学可视化团队 为中国科学院大连化学物理研究所及苏州纳米技术与纳米仿生研究所团队制作的 Chem 封面，已正式刊出。

封面内容

Chem 第12卷第6期已于近日上线，封面文章为中国科学院大连化学物理研究所邓德会研究员、于良研究员团队及苏州纳米技术与纳米仿生研究所崔义研究员合作研究“Ammonia Synthesis at Metallic Li/Ru Interfaces under Ambient Conditions”。团队将金属锂（Li）原子沉积在金属钌（Ru）表面，构建了具有高活性金属Li/Ru界面的新型催化剂，实现了在常温常压下热催化氮气（N₂）与氢气（H₂）高效合成氨。该成果为建立温和条件下低能耗合成氨技术提供了新思路。

氨是生产农业肥料和工业化学品的重要原料，合成氨反应被认为是人类历史上最重要的化学反应之一。由于N₂分子的N≡N三键（键能=945 kJ mol^-1）非常稳定，工业合成氨主要采用哈伯-博世法在高温（350 °C 至 500 °C）、高压（10 至 30 MPa）条件下将N₂和H₂转化为氨，能耗高且碳排放量大。开发温和条件下的热催化N₂和H₂高效合成氨过程，对建立绿色合成氨技术具有重要意义，同时也极具挑战。其中，高效合成氨催化剂的开发是关键。然而，受Sabatier原理的限制，提高催化位点的活性虽有利于促进N₂和H₂在温和条件下的吸附、活化和解离，但同时也会导致含氮物种与位点结合过强，从而抑制加氢步骤和氨的脱附。如何克服这一制约关系，是突破温和条件下合成氨活性的关键。

邓德会团队长期致力于能源与环境小分子的催化转化研究，前期在N₂、NO等小分子催化转化方面取得了系列进展。针对上述挑战，团队首先利用模型催化体系将Li金属原子沉积在金属Ru表面，构建了高活性的金属Li/Ru界面，发现Li向吸附态N₂反键轨道的电子填充促进了N₂分子在Li/Ru界面处的活化和解离，同时Li与NH_x物种的键合作用减弱了Ru-N键，有利于NH_x物种的加氢和氨的脱附，从而实现了常温常压下的热催化N₂与H₂合成氨反应。在此基础上，团队进一步设计了以金属Li为阳极、碳纳米管负载Ru纳米颗粒为阴极的可充电锂电池体系，通过电池放电原位生成金属Li/Ru界面，并引入N₂和H₂混合气，在常温常压条件下的氨生成速率达2.43 mmol g_Ru^-1 h^-1。通过电池充放电循环原位再生Li/Ru界面，该合成氨过程可稳定运行超过400小时。该研究为建立温和条件下的可持续合成氨过程提供了新途径。

设计故事

此次封面设计基于研究机制，利用三维建模构造了整体微观反应过程，画面层次清晰。棕色的金属钌基底上，浅紫色的金属锂原子在常温常压下热催化蓝色的氮气与银色的氢气高效合成氨。画面上散落的原子结构代表了不同的反应阶段，使得研究机制得以完整呈现。

画面风格以三维建模为主，柔和的棕色背景凸显了浅紫色和浅蓝色的原子，又使得画面色彩不会过度鲜明。整体色调安静协调，呼应了“常温常压”这一条件。中间的打光突出了研究机制的中间态，强调了研究重点结果。该设计最终获得了研究团队老师们和期刊编辑的高度认可，顺利见刊！

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近期，科学网科学可视化团队制作完成了一批新的图片，其中部分图片已经成功见刊或发布（见下图）。

中国科学院微生物所期刊 mLife 封面：

中国中医科学院针灸研究所期刊《针刺研究》封面：

中国科学院水生生物研究所期刊《水生生物学报》封面：

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