东京理工大学 用镧系羟基化合物负载的金属钌可以在比传统方法低得多的温度下有效地催化氨的合成
信用:东京理工大学 氮是植物生长所必需的营养物质
虽然地球上大约80%是氮，但它大部分以气体的形式存在于大气中，因此植物无法获取
因此，为了促进植物生长，尤其是在农业环境中，需要化学氮肥
生产这些肥料的一个关键步骤是氨的合成，这涉及在催化剂存在下氢和氮之间的反应
传统上，氨的生产是通过“哈伯-博世”工艺进行的，尽管该工艺很有效，但需要高温条件(400-500℃)，使得该工艺很昂贵
因此，科学家们一直在努力寻找降低氨合成反应温度的方法
最近，科学家报道了钌——一种过渡金属——作为氨合成的有效“催化剂”，因为它比传统的铁基催化剂在更温和的条件下运行
然而，有一个警告:氮分子需要附着在催化剂表面，在与氢反应生成氨之前分解成原子
然而，对于钌来说，低温通常会导致氢分子附着在其表面——这一过程被称为氢中毒——从而阻碍氨的生成
因此，为了使用钌，有必要抑制其氢中毒
幸运的是，当用作“催化剂载体”时，某些材料可以提高钌的催化活性
“来自日本东京理工大学的一组科学家最近发现LnH2+x形式的镧系元素氢化物材料就是这样一组支持材料
“增强的催化性能是通过载体材料的两种独特性质实现的
首先，它们提供电子，引导钌表面氮的解离
其次，这些电子与表面的氢结合形成氢化根离子，氢化根离子很容易与氮反应生成氨并释放电子，抑制钌的氢中毒，”副教授解释说
领导这项研究的木崎北野
该团队怀疑氢化物离子迁移率可能在氨合成中发挥作用，在《高级能源材料》杂志上发表的一项新研究中，研究了镧系羟基化合物(LaH3-2xOx)——据报道是100-400℃下的快速氢化物离子导体——作为钌的支撑材料的性能，目的是揭示氨合成和氢化物离子迁移率之间的关系
他们发现，虽然“整体”氢化物离子电导率对氨合成的活化影响不大，但氢化物离子的表面或“局部”迁移率确实在催化中起着至关重要的作用，因为它有助于增强对钌的氢中毒的抵抗力
他们还发现，与其他载体材料相比，羟基镧需要较低的氨形成起始温度(160℃)并显示出较高的催化活性
此外，研究小组观察到，氧的存在稳定了氢氧骨架和氢化根离子，防止氮化——氢氧化镧向氮化镧的转化及其随后的失活——这往往会阻碍催化，并且是使用氢化物载体材料的主要缺点
“抗氮化是一个巨大的优势，因为它有助于在更长的反应时间内保持氢化物离子的给电子能力，”教授评论说
北野
因此，使用镧系羟基化合物获得的优异的催化性能和较低的合成起始温度可能是降低氨生产热量的非常受欢迎的解决方案
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