香港城市大学
受大自然的启发，研究小组开发了一种铁金属化卟啉基金属有机框架光催化剂
学分:香港城市大学 氨(NH3)是肥料中的主要成分，也是一种很有前途的无碳能源载体
然而，氨的生产消耗了世界总能源产量的2%左右，每年释放500公吨二氧化碳
香港城市大学的科学家领导的一个研究小组开发了一种新型光催化剂，它可以利用阳光在室温下从大气中的氮生成氨
这种新方法优于导致大量碳排放的传统方法
研究小组认为，这种可持续氨生产技术将推动未来氮经济的发展
这项研究由梁国喜教授、信兴教育及慈善基金能源及环境教授及博士助理教授领导
来自城市大学能源与环境学院的尚进和一位来自澳大利亚的学者
他们的发现发表在科学杂志《ACS Nano》上，标题为“用于光催化固氮的卟啉基金属有机框架中的原子分散铁金属位点”
" 氨:一种新兴燃料，可以替代石油和煤发电 氨是食物和肥料的重要成分
大多数人造氨被用来生产农业肥料
氨也是一种重要的化学物质，具有广泛的工业用途，从生产洗涤剂到制冷剂
更重要的是，氨近年来备受关注，因为它为燃料电池提供了氢源，而且比氢更容易液化和运输
此外，氨本身可以作为除石油和煤以外的发电燃料
所以生产氨的需求很大
该团队开发了一种光催化剂，在环境温度和压力下，以阳光为动力，以水为还原剂，实现人工固氮后，产生氨
学分:香港城市大学 目前的生产方法:对环境有害 “固定”氮是生产氨之前的一个重要步骤
尽管80%的大气由氮组成，但这种“游离”氮只有转化成含氮化合物才能被利用
这种转化过程被称为“固氮”
" 固氮可以自然进行，也可以人工进行
人工方式通常指的是高温高压下的工业哈伯-博世工艺，使用铁作为催化剂由氮气和氢气生产氨
如今，氨的生产严重依赖于哈伯-博世工艺，但这是不可持续的，因为它消耗大量化石燃料，并导致大量二氧化碳排放
为了寻找一种可持续生产氨的方法，梁教授和博士
金带领他们的团队开发了一种利用水和可再生能源在环境条件下固氮的方法
联合团队面临的最大挑战是制造一种催化剂，使具有挑战性的多步固氮反应成为可能
该图展示了新的光催化剂如何触发氮还原反应并产生氨
学分:香港城市大学 新型仿生光催化剂 在自然界中，固氮酶(一种酶)中的铁有利地结合并激活氮，叶绿素中的卟啉(一种有机化合物)有效地获取阳光
受上述自然机制的启发，该团队开发了一种铁金属化卟啉基金属有机框架(MOFs)光催化剂
这种仿生光催化剂的厚度只有15-25纳米，在环境温度和压力下，以阳光为动力，以水为还原剂，实现人工固氮后，可以产生氨
研究小组在这种光催化剂中使用了多硫化物，因为它在表面上为氮的吸附和活化提供了更多的活性位点
从而提高了氮还原反应的效率
研究小组用这种光催化剂进行了实验，证明氨是可以产生的
“我们开发了一种新的光催化剂，能够在基于MOFs的光催化剂类别中实现最佳的光催化固氮性能
它显示出最高的氨产量和最好的水解稳定性，”梁教授说
良好的水解稳定性意味着光催化剂可以重复使用
通过这项研究，该团队探索了在其仿生光催化剂上的光催化氮还原反应
博士；医生
尚指出，从这项工作中获得的新知识将指导下一代基于MOFs的光催化剂的合理设计
他相信他们的发现将释放出开发各种卟啉基多金属氧化物作为各种能源和环境应用的光催化剂的潜力
该团队希望这项开创性的研究将激励催化领域的科学家和工程师探索和开发基于MOFs的仿生光催化剂，用于在环境温度和压力下催化其他化学反应，而不仅限于人工固氮
“通过无化石燃料工艺生产能源和商品化学品是实现碳中和的理想选择
这项研究开发了一种通过收集阳光从大气氮和水中生产氨的技术
我们可持续地获得无碳能源，”梁教授总结道
该团队相信他们的发现将有助于缓解日益紧迫的能源危机和环境问题
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