一个世纪前,德国化学家弗里茨·哈伯(Fritz Harber)发明了利用氢气与氮气制备氨的新技术,并因此荣获1918年的诺贝尔化学奖。时至今日,该方法仍被广泛应用。它的出现可谓引发了人类社会的农业革命。
但是,该合成氨工艺苛刻的反应条件(高温高压),消耗了大量的社会能源(约占全世界能源总消耗的的百分之一)。如何降低合成氨的能源消耗,一直是化学家们思索的问题,毕竟,氨在当今社会仍然是一种非常重要的肥料。
近日,犹他大学的化学家们公布了一种合成氨的新方法:他们用自然界的酶作催化剂,在室温条件下成功制备出氨气。这一独辟蹊径的工艺还有一个额外的“小馈赠”:反应过程会产生电流,尽管非常微小。该方法发表在《应用化学·国际刊》(Angewandte Chemie International Edition)上。
尽管到目前为止,犹他大学化学和材料科学工程教授雪莉·敏特尔(Shelley Minteer)与博士后学者罗斯·弥尔顿(Ross Milton)仅用这一方法制备出少量的氨气,但是他们的发现或许为我们开启了低能耗合成氨的新思路。
敏特尔教授说:“我们使用的合成氨方法是一个自发的过程。反应过程不仅不需要向系统提供能量,实际上它还能自己产生电力。”
氨的制备方法
无论是哈伯-博世工艺(以卡尔·博世命名,他将哈伯的合成氨工艺推向了工业化生产),还是由敏特尔-弥尔顿开发的合成氨工艺,都遵循着最基本的化学原理—先断开氮分子中两个氮原子之间的强化学键,然后再用氢还原氮,即氢向氮提供电子与质子(氨分子是由一个氮原子和三个氢原子组成的)。
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