研究显示出一种绿色生产氨的方法

一项计算和实验研究发表在杂志上催化性质展示了在温和条件下合成氨的新型催化剂的潜力。

氨的年产量约为2亿吨，是全球产量第二大的化学品，仅次于硫酸。

虽然氨可以通过各种方法生产，但Haber-Bosch工艺仍然是最常用的，约占总产量的90%。然而，Haber-Bosch和其他涉及工业规模生产的工艺需要高温(超过400°C)和高压(超过150 bar)。这种条件需要打破氮中存在的强键，并与氢反应生成氨(NH)_3.)．

这些过程消耗了全球能源消耗的近1%，高度依赖化石燃料。因此，氨生产被认为是世界上温室气体最密集的化学反应，约占全球CO总量的1.5%₂排放。此外，预计未来对氨的需求只会增加。这主要是因为它被用于合成肥料，以养活不断增长的全球人口。

在气候、能源和粮食方面的主要挑战之一是氨的生产。今天，它是由世界上一些最大的工厂生产的。制造氨的唯一有效方法是在高温高压下使用碳基原料．

Tejs Vegge，教授，DTU能源学院VILLUM可持续燃料和化学品科学中心(V-Sustain)

Vegge和中国科学院大连化学物理研究所(DICP)的陈平教授一起领导了这项研究。

大自然很擅长在环境压力和温度下用固氮酶等酶制造氨。然而，这一过程非常缓慢，不可能大规模工业化生产．

Tejs Vegge，教授，DTU能源学院VILLUM可持续燃料和化学品科学中心(V-Sustain)

潜在的改变

几十年来，研究人员一直在努力寻找新的、更可持续的氨生产方法。Tejs Vegge和他的同事与来自DICP的团队合作导航系统， Jaysree Pan博士和Heine a . Hansen副教授提出了一种可能改变游戏规则的新型复杂金属氢化物催化剂，使他们能够实现所需的温和条件氨合成。

研究人员希望他们的方法可以为新的、更可持续的氨生产方法奠定基础。他们的研究发表在催化性质日报》。

他们的工艺可以在低至300℃的温度和低至1巴的压力下合成氨。这种催化剂的实际应用显示出使用可再生能源小规模生产氨的前景。通常情况下，这样的系统需要催化剂在低于400℃的温度和约50巴的压力下工作。

”我们相信我们的研究脱颖而出，因为这种新型催化剂实际上位于生物和工业过程之间。它有一些来自人类的，人工的过程，即多相催化，也有一些来自酶和均相催化。这是一种全新的制氨方法，我们利用了两种方法的优点，可以显著降低温度和压力．”

禁止假钞

从根本上说，他们的替代类型的复杂金属氢化物催化剂(Ba₂RuH₆和李₄RuH₆)可以催化氮(N₂)和氢(H₂)．氮的降低已通过多个氢化钌配合物实现，[RuH₆］^{4 -}它们富含氢和电子。

氢在中心和氮之间运输质子和电子。同时，碱金属钡或锂(Li/Ba)趋于稳定反应中间体。但这个过程是高度动态的;建筑群的各个部分也有其他功能。仅仅计算就花了几年的时间。

一切都和我们之前看到的不一样。例如，虽然钌在氨催化中是一种众所周知的成分，但它以不同的形式存在，表现也不同．

Tejs Vegge，教授，DTU能源学院VILLUM可持续燃料和化学品科学中心(V-Sustain)

Vegge补充道:它被氢原子包围，形成氢化物复合物，使其能够以一种新颖的方式转移氢。你可以把这种催化剂想象成一个交响乐团，每个部分都必须共同发挥作用才能发挥作用。令人着迷的是，它确实有效——没有假音．”

Vegge继续说道:氨催化可以说是世界上研究得最好的催化体系。作为科学家，找到一种真正的新机制，打开了通往新世界的大门是非常令人满意的。然而，它也可能为以低能源密集型方式生产氨开辟新的可能性。”

”今天的大工厂是为了使生产有利可图而需要的。我们的催化剂或类似的概念可以在更小、分散的工厂进行生产。这也将减少运输费用，这将大大增加目前氨的价格和二氧化碳排放量Vegge总结道。

期刊引用:

王,Q。等．(2021)结合机理合成氨用三元钌络合氢化物。催化性质．doi.org/10.1038/s41929 - 021 - 00698 - 8．

来源:http://www.dtu.ac.in/