2020年4月27日
东京工业大学(Tokyo Tech)的科学家们利用普通的脱水剂氢化钙，并在其中加入氟化物，开发出了一种改进的催化剂。这种催化剂只需使用现有技术所需能量的一半，就能在50°C的温度下促进氨的合成。这为低能耗和减少温室气体排放的氨生产打开了大门。
氨是制造植物肥料的关键，而植物肥料又养活了世界上大约70%的人口。在工业上，氨是通过哈伯-博世法生产的，甲烷首先与蒸汽反应生成氢，然后氢与氮反应生成氨。这个过程的问题是，随着温度的升高，产率降低。为了继续获得良好的产率，反应室内施加的压力需要增加。这需要很多能量。此外，用于反应的铁基催化剂仅在350°C以上有效。维持这样高的温度也需要大量的能量。最重要的是，收益率只有30-40%。
目前，化石燃料为这一过程提供动力，向大气中排放了大量的二氧化碳。可再生资源的替代品，如风能，已经被应用，但它们尚未被证明是可持续的。因此，为了在提高产率的同时减少对环境的危害，反应必须在低温下进行。为了达到这个目的，需要在低温下进行反应的催化剂。
到目前为止，这种催化剂对科学家来说是难以捉摸的。”传统催化剂在100-200℃时失去了对N2和H2气体生成氨的催化活性，即使它们在高温下表现出很高的催化性能来自日本东京工业大学的一组科学家如是说，他们似乎终于解决了催化剂的问题。由原道和博士领导的科学家们开发了一种即使在50摄氏度也有效的催化剂。”我们的催化剂在50°C从N2和H2气体中生产氨，活化能非常小，只有20 kJmol－1这一数据还不到传统催化剂的一半Hara博士和他的同事在他们发表于《纽约时报》的论文中写道自然通讯．
他们的催化剂由CaFH的固体溶液组成，其表面沉积有钌(Ru)纳米颗粒。欧洲杯猜球平台氟离子(F-)和氢化钙(CaH2)，一种常见的脱水剂，是使催化剂在较低的温度和压力下有效。在进行光谱分析和计算分析后，科学家们提出了催化剂促进氨生产的可能机制。
氟化钙(Ca-F)键比钙-氢(Ca-H)键更强。因此，Ca-F键的存在削弱了Ca-H键，Ru就能从催化剂晶体中提取出H原子，留下电子。然后H原子以氢气的形式从Ru纳米颗粒中解吸。欧洲杯猜球平台即使在50°C也会发生这种情况。被困电子和F之间产生的电荷斥力-晶体中的离子降低了这些电子释放的能垒，从而使材料具有较高的供电子能力。这些释放的电子破坏了N2气体中氮原子之间的键，促进了氨的生成。
这种生产氨的新方法减少了能源需求，从而减少了大量使用化石燃料所产生的二氧化碳排放。这项研究的结果阐明了环境可持续的哈伯-博世过程的可能性，为农业粮食生产的下一次革命打开了大门。
来源:https://www.titech.ac.jp/english/