东京理工大学 负载镍的氮化镧(LaN)可实现稳定高效的氨合成
氮空位以较低的形成能在局域网上产生，并有效地结合和激活N2
信用:东京理工大学 氨(NH3)是世界上最常见的化学品之一，因为它在广泛的工业制造过程中被用作重要的成分
例如，它是化肥生产的关键，每年施用超过1.5亿吨化肥来增加各种作物的产量
氨是由许多生物自然产生的，但是用氮气(N2)和氢气(H2)人工合成氨是有挑战性的，因为氮原子之间的强键很难打破
虽然从20世纪初就有一种工业规模生产NH3的方法，称为哈伯-博世法，但今天表现最好的方法是使用钌，一种昂贵而稀缺的金属，作为引发必要反应的催化剂
最近，细野秀夫教授和来自日本东京理工大学的同事开发了一种新的策略，利用镧(一种更丰富的元素)和镍(镍)来生产NH3
在他们发表在《自然》杂志上的论文中，他们解释了他们是如何从以前报道的NH3生产催化剂中获得灵感的，该催化剂的分子式为Co3Mo3N，它带有氮空位——氮原子存在的预期位置，但实际上是空的
这些空位被观察到使N2分子的分裂更容易，这导致细野的团队探索更容易获得和有效的NH3合成催化剂的新方向
他解释说:“Co3Mo3N中氮空位的关键作用启发我们考虑其他含氮材料，在这些材料上可以容易地产生空位，作为新的镍基催化剂的基础
" 他们开发的催化剂由负载镍纳米粒子的镧晶体组成
镍很容易将H2分解成氢原子
因此，用H2对催化剂进行预处理容易产生氢原子，然后氢原子与晶体结构中的氮原子反应形成NH3，并在镧载体上产生氮空位
然后，这些空位置中的每一个都从输入的氮气中捕获N2分子中的一个氮原子，导致该分子的氮氮键减弱
另一个离解的氢原子破坏减弱的氮氮键，产生更多的NH3，留下一个氮原子来填补原来的空缺
这些循环重复进行，从而不断产生氮空位并维持合成过程
“双活性中心”催化剂的概念证明是非常有前途的
所提出的催化剂的性能远远超过更常规的钴基和镍基催化剂，甚至可与钌镍基催化剂相比:它不仅在中等温度和压力下持续产生高产量的氨，其结构甚至在连续反应100小时后仍保持不变，证明其高稳定性
细野说:“我们预计，我们的工作将促进利用更丰富元素的催化剂设计的进一步探索
特别是，我们的结果说明了在反应循环中使用空位的潜力，并指出氨合成催化剂的新设计概念
" 新策略可以使氨的生产更简单、更经济，从而简化大量重要的工业流程
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