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美國(guó)斯坦福大學(xué)工程學(xué)院、波士頓學(xué)院等機(jī)構(gòu)的研究人員開(kāi)發(fā)出一種新型光驅(qū)動(dòng)催化劑，實(shí)現(xiàn)了在常溫、常壓條件下合成氨，為降低氨工業(yè)碳排放提供了新思路。相關(guān)成果發(fā)表在最新的《自然·能源》雜志上。
研究人員設(shè)計(jì)了一種由金和釕組成、成分比例可調(diào)的雙金屬納米催化劑。當(dāng)光照射到這些納米顆粒上時(shí)，其光學(xué)響應(yīng)可加速氮和氫之間的反應(yīng)，最終生成氨。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該催化體系在環(huán)境條件下即可穩(wěn)定生成氨，氨生成速率可達(dá)每克催化劑每小時(shí)約60微摩爾。
研究還利用原位紅外光譜技術(shù)，對(duì)反應(yīng)過(guò)程進(jìn)行了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。結(jié)果顯示，在光照條件下，氮相關(guān)中間體的加氫步驟明顯快于傳統(tǒng)熱催化過(guò)程，表明光在反應(yīng)中起到了重要促進(jìn)作用。
進(jìn)一步的計(jì)算模擬揭示，這一光輔助制氨機(jī)制并非通過(guò)直接斷裂氮—氮三鍵，而是沿著類(lèi)似生物固氮的“締合加氫”路徑進(jìn)行。該過(guò)程需要光激發(fā)電子與氫氣協(xié)同作用，才能克服氮活化的能壘，其機(jī)理與自然界中固氮酶合成氨的方式高度相似。
這項(xiàng)成果為開(kāi)發(fā)低能耗、可持續(xù)的氨合成技術(shù)提供了新的基礎(chǔ)認(rèn)識(shí)。
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