这篇文章是由Debotra Sarkar、Petra Vasko、Lu Ying、Job J. C. Struijs、Liam P. Griffin和Simon Aldridge等学者共同撰写的，题为《Dehydrogenative Dual Ammonia Activation and Transfer by an N-Heterocyclic Boryloxy Aluminyl Compound》。该研究发表于《Angewandte Chemie International Edition》期刊，并且已被接受作为在线发表文章，等待正式出版。这项研究的主要贡献是揭示了一种新的低价铝化合物，能够通过氨气的双重激活和转移反应，生成氢气（H₂）以及铝（III）双氨基化合物。这项工作为开发氨气的高效利用提供了新的思路，特别是在氮经济和清洁能源技术中的应用具有重要意义。
本研究的背景是氨气（NH₃）作为一种能源载体和氢气来源，在能源存储、运输和使用过程中具有重要的作用。氨气的高能量密度、易于存储以及作为氢气载体的多功能性，使其成为发展零碳能源技术的一个重要领域。为了充分利用氨气的潜力，需要开发高效的催化剂，尤其是在氨气合成（从氮气和氢气合成氨）和氨气氧化反应中的应用。现有的催化剂系统大多基于过渡金属，但使用主族元素的分子化合物进行氨气转化的研究还较为匮乏。
因此，本研究的目标是探索主族元素特别是铝（Al）化合物在氨气转化中的应用，特别是低价铝化合物在氨气双重激活中的潜力。通过创新的配体设计，研究团队成功开发了一种基于N-杂环硼氧（NHBO）配体的铝化合物，并研究了其在氨气转化为氢气过程中的催化活性。
本研究通过一系列精密的化学反应与实验，探讨了N-杂环硼氧（NHBO）配体支持的铝化合物与氨气的反应机制。研究的主要过程包括以下几个步骤：
化合物合成与表征：研究团队首先合成了含有NHBO配体的铝（I）化合物，具体化合物为k[{(hcdippn)₂bo}₂al]。该化合物通过配体交换法制备，随后使用核磁共振（NMR）、X射线衍射（XRD）等技术对其进行表征。
氨气反应的研究：在25℃下，将该铝化合物与过量的氨气反应，首先生成铝氢化物复合物k[{(hcdippn)₂bo}₂al(h)(nh₂)]，这一反应通过氨分子中氮—氢键的氧化加成步骤完成。随后的质子化（protonolysis）反应使得生成了铝（III）双氨基化合物k[{(hcdippn)₂bo}₂al(nh₂)₂]，同时释放氢气。
产物分析：通过1H NMR谱图确认了生成的产物，进一步表征了反应生成的氢气信号，证实了氢气的释放。研究还表明，这一过程的反应步骤没有竞争性的配体丢失，体现了NHBO配体对反应的选择性影响。
反应机理的研究：为进一步理解该过程的反应机理，研究团队通过量子化学计算模拟了N—H激活步骤以及随后的氢气生成过程。计算结果显示，第一步N—H键的氧化加成以及随后的氢气生成步骤具有较低的能量屏障，表明该反应过程是热力学上有利的。
氨基转移反应的研究：研究还进一步探讨了生成的铝（III）双氨基化合物k[{(hcdippn)₂bo}₂al(nh₂)₂]与多种亲电底物（如二苯基甲酮（Ph₂CO）、二氧化碳（CO₂）和氼氮烯（HBPin））的反应。结果表明，该化合物能够有效地将一个或两个氨基团（NH₂）转移到这些底物上，生成相应的产物。通过这些反应，研究团队证明了该催化剂在氨基转移反应中的潜力。
实验条件与反应动力学分析：研究还对反应过程中的动力学和热力学特性进行了分析，进一步验证了反应中铝—氢键的活化以及随后的质子化步骤的可行性。通过详细的量子化学计算，研究团队揭示了不同反应途径的能量屏障差异，并确认了双氨基转移反应的热力学可行性。
氨气的双重激活与氢气生成：这项研究的关键发现是，低价铝化合物能够实现氨气的双重激活，并伴随氢气的生成。这一反应通过N—H键的氧化加成以及氢气的生成步骤完成，展示了主族元素在传统上由过渡金属主导的氨气转化过程中的应用潜力。
催化剂的选择性：研究还发现，铝（III）双氨基化合物的生成过程中，并没有发生配体丢失，这表明NHBO配体对反应的选择性起到了关键作用。与其他类似的系统相比，该催化剂在氨气转化过程中的高选择性和效率，展示了其在能源转换中的潜力。
氨基转移反应的应用：研究进一步证明了该铝化合物能够有效地将氨基团转移到多种亲电底物上，展示了其在合成化学中的应用潜力。尤其是在二氧化碳（CO₂）和二苯基甲酮（Ph₂CO）的转化反应中，铝化合物显示出了优异的催化活性。
这项研究的重要贡献是展示了低价铝化合物在氨气转化为氢气过程中的潜力，尤其是在主族元素催化氨气双重激活方面的创新。研究结果不仅为开发氨气的高效利用技术提供了新的思路，也为实现氮经济和氨气作为清洁能源的广泛应用提供了科学依据。
首次展示主族元素催化剂在氨气双重激活中的应用：本研究揭示了铝化合物在氨气激活和氢气生成中的作用，打破了传统的过渡金属催化剂的局限。
催化剂的高选择性与效率：该研究成功设计了一种具有高选择性和高效率的铝化合物催化剂，能够在没有配体丢失的情况下完成氨气转化。
为氮经济和清洁能源技术提供支持：研究为氨气作为氢气载体和清洁能源的应用提供了新的催化策略，具有重要的理论和实践价值。
本研究不仅推动了低价铝化合物在能源转化中的应用，也为主族元素催化氨气反应开辟了新的研究方向。