日本東京大學研究團隊研發(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。
據(jù)介紹，以氨氣為原料生產(chǎn)氮肥是重要的工業(yè)過程之一，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行，屬于能源密集型（需要消耗大量能源）。業(yè)界一直希望能開發(fā)出利用水代替氫在溫和反應(yīng)條件下合成氨的新方法。
過渡金屬催化還原氮氣是合成氨的一種替代方法。在這些反應(yīng)體系中，茂金屬（過渡金屬與環(huán)戊二烯相連所形成的有機金屬配位化合物）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)境條件下通過鉬絡(luò)合物催化氮的固定。最多可生產(chǎn)4350當量氨（基于鉬催化劑），周轉(zhuǎn)頻率約為每分鐘117次。與目前報道的人工反應(yīng)系統(tǒng)相比，氨的生成量和生成速率分別大一個和兩個數(shù)量級，并且生成速率接近用固氮酶觀察到的生成速率。通過削弱配位的醇和水的O–H鍵，在質(zhì)子耦合電子轉(zhuǎn)移過程中實現(xiàn)高反應(yīng)性。雖然目前該反應(yīng)并不適合工業(yè)化應(yīng)用，但這項研究為進一步研究催化固氮提供了機會。
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)合開展實用化研究，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《自然》雜志。
