近日，我校化学与化工学院谢建晖副研究员课题组在电催化氨氧化领域取得最新进展，相关研究成果“Electrocatalytic Oxidation of Ammonia by (Salen)ruthenium(III) Ammine Complexes: Direct Evidence for a Ruthenium(VI) Nitrido Active Intermediate”发表于国际知名学术期刊《Journal of the American Chemical Society》。

氨是一种具有高能量密度、低爆炸性、且能以液态形式便捷运输的“零碳”燃料，作为清洁能源具有广阔前景。我国作为全球最大的合成氨生产和消费国，已建立了完善的氨运输和使用规范体系，为氨的推广和应用提供了坚实保障。氨燃料电池以氨为燃料，在温和条件下运行，具有清洁、高效、便捷储运和安全的特点，是助力“零碳”能源体系发展的重要技术方向。实现高效稳定的氨氧化电催化反应是直接氨燃料电池应用的关键技术。尽管氨氧化为氮气的热力学电位较低（+0.092 V vs NHE，pH=0），但是反应涉及多个质子耦合电子转移过程，会产生多个高能量中间体，因而在低过电位下实现高效的氨氧化反应依然是一个巨大挑战。

针对这一问题，我校谢建晖副研究员团队与中国科学院合肥物质科学研究院刘赢瀛副研究员团队以及香港城市大学刘大铸教授团队展开合作，制备了含四齿席夫碱配体的钌(III)配合物[RuIII(salchda)(NH3)(CH3CN)]+及其溴代衍生物，并发现它们在氨氧化反应中表现出卓越的电催化性能。研究团队在氨乙腈溶液中，于0.65 V（vs Fc+/0）电位下进行3.2小时电解实验，发现氨被高选择性地氧化为氮气，转化数（TON）为26，法拉第效率（FE）接近100%。当电解电位提高至0.7 V和0.80 V时，TON分别增加至79和147，同时FE维持在99%以上。更为重要的是，通过电化学测试和同位素质谱分析，确认该催化反应的中间体为钌(VI)氮化物，[RuVI(salchda)(N)]+。基于这一中间体，研究团队结合氨氧化反应的动力学研究与密度泛函理论（DFT）计算，进一步明确了该反应通过中间体的亲电进攻以及中间体的双分子N…N偶联反应生成氮气。这一研究为席夫碱钌配合物在氨氧化反应中的出色性能提供了理论阐释，也为氨燃料电池等能源转换技术的发展提供了重要支持。

上述工作得到了国家自然科学基金、高值催化转化与反应工程安徽省重点实验室和中央高校基本科研业务费的支持。