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東京大學(xué)研發(fā)新型鉬催化劑高效合成氨

日本東京大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)研發(fā)出一種新型鉬催化劑,利用這種鉬催化劑加上還原劑碘化釤,可使氮和水在常溫常壓環(huán)境下高效合成氨。

東京大學(xué)研發(fā)新型鉬催化劑高效合成氨

據(jù)介紹,以氨氣為原料生產(chǎn)氮肥是重要的工業(yè)過(guò)程之一,目前氨生產(chǎn)的主要方法是Haber-Bosch工藝,但該工藝需要在非常高的溫度和壓力下運(yùn)行,屬於能源密集型(需要消耗大量能源)。業(yè)界一直希望能開(kāi)發(fā)出利用水代替氫在溫和反應(yīng)條件下合成氨的新方法。

過(guò)渡金屬催化還原氮?dú)馐呛铣砂钡囊环N替代方法。在這些反應(yīng)體系中,茂金屬(過(guò)渡金屬與環(huán)戊二烯相連所形成的有機(jī)金屬配位元化合物)或鉀石墨通常用作還原劑,吡啶或相關(guān)化合物的共軛酸用作質(zhì)子源。為了開(kāi)發(fā)下一代固氮系統(tǒng),這些試劑應(yīng)該是低成本、易獲得和環(huán)保的。

東京大學(xué)研究表明,二碘化釤與醇或水的結(jié)合能夠在環(huán)境條件下通過(guò)鉬絡(luò)合物催化氮的固定。最多可生產(chǎn)4350當(dāng)量氨(基於鉬催化劑),周轉(zhuǎn)頻率約為每分鐘117次。與目前報(bào)導(dǎo)的人工反應(yīng)系統(tǒng)相比,氨的生成量和生成速率分別大一個(gè)和兩個(gè)數(shù)量級(jí),並且生成速率接近用固氮酶觀察到的生成速率。通過(guò)削弱配位的醇和水的O–H鍵,在質(zhì)子耦合電子轉(zhuǎn)移過(guò)程中實(shí)現(xiàn)高反應(yīng)性。雖然目前該反應(yīng)並不適合工業(yè)化應(yīng)用,但這項(xiàng)研究為進(jìn)一步研究催化固氮提供了機(jī)會(huì)。

研究人員介紹,這種氨合成反應(yīng)具有很高的活性和反應(yīng)速度,他們正在和企業(yè)聯(lián)合開(kāi)展實(shí)用化研究,希望研究成果能為新一代節(jié)能環(huán)保型氨合成提供新方法。相關(guān)研究成果《Molybdenum-catalysed ammonia production with samarium diiodide and alcohols or water》發(fā)表在英國(guó)《自然》雜誌。

評(píng)論被關(guān)閉。

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