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Atomically Dispersed Mn Synergized With LiBaH 3 on MgO Enables Efficient Ammonia Synthesis via an H − Assisted N 2 Dissociation Mechanism

催化作用 离解(化学) 氨生产 无机化学 过渡金属 三元运算 氢化物 材料科学 化学 氨硼烷 氮化物 吸附 离子键合 质子化 速率决定步骤 反应机理 金属 光化学 氢键 组合化学 离子 化学工程
作者
Yanbo Deng,Yaoqi Huang,Yongcheng Jin,Yue Wang,Runze Wang,Sheng Feng,Yongli Cai,Yeqin Guan,Qianru Wang,Xilun Zhang,Fei Chang,Shaojun Yuan,Gao W,Jianping Guo,P Chen
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:: e6169961-e6169961
标识
DOI:10.1002/anie.6169961
摘要

ABSTRACT Ammonia is an essential chemical feedstock and a promising hydrogen energy carrier, motivating the development of efficient ammonia synthesis catalysts. However, scaling relations fundamentally limit conventional transition metal‐based catalysts, rendering strongly N 2 ‐binding metals such as Mn ineffective due to sluggish hydrogenation. Herein, we demonstrate that atomically dispersed Mn (Mn 1 ) anchored on the ternary hydride LiBaH 3 (LiBaH 3 ─Mn 1 ) enables efficient ammonia synthesis via an H − ion‐assisted N 2 dissociation mechanism. The MgO supported LiBaH 3 ─Mn 1 catalyst (LiBaH 3 ─Mn 1 /MgO) exhibits an ammonia synthesis rate two orders of magnitude higher than that of manganese nitride and exceeds the benchmark Cs─Ru/MgO catalyst by a factor of 2.5 at 400°C, representing a state‐of‐the‐art performance among group 4–7 transition metal–based catalysts. Mechanistic investigations reveal that Mn 1 serves as the active site for N 2 adsorption, while H − ions from LiBaH 3 further activate the adsorbed *N 2 through a reductive protonation process to form *N 2 H intermediates. Subsequent N─N bond cleavage of *N 2 H yields surface nitride (Mn─N) and imide (*NH) species on the LiBaH 3 ─Mn 1 surface. This H − ion‐assisted N 2 dissociation pathway fundamentally overcomes the intrinsic limitations of bulk Mn, transforming it into an efficient metal for ammonia synthesis.
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