光電子能譜儀器可以在高壓下研究催化劑表面。圖片來源：彼得·安曼
科技日報記者張佳欣
瑞典斯德哥爾摩大學研究人員首次研究了氮和氫生成氨時鐵和钚催化劑的表面特性。這一成果為更好了解催化過程，找到更高效材料，為化工行業(yè)綠色轉(zhuǎn)型打開了大門。研究結(jié)果發(fā)表在10日的《自然》雜志上。
哈伯法是一種通過氮氣及氫氣產(chǎn)生氨氣的方法。利用該方法生產(chǎn)的氨年產(chǎn)量為1.1億噸，而氨是目前生產(chǎn)化肥的基礎(chǔ)化學品之一。《自然》雜志在2001年提出，哈伯法是20世紀人類最關(guān)鍵的科學發(fā)明之一。因為有了哈伯法大量生產(chǎn)化肥后，預(yù)防了大規(guī)模饑餓，拯救了大約40億人的生命。
不過，在真實的氨生產(chǎn)條件下，科學家還無法通過表面敏感方法對催化劑表面特性進行實驗研究。在足夠高的壓力和溫度下具有表面敏感性的實驗技術(shù)尚未實現(xiàn)。斯德哥爾摩大學化學物理學教授安德斯·尼爾森表示，關(guān)于鐵催化劑的狀態(tài)是金屬的還是氮化物的不同假設(shè)，以及對反應(yīng)機理重要的中間物種的性質(zhì)，都無法得到明確的驗證。
研究人員此次建造了一臺光電子能譜儀，可研究高壓下的催化劑表面特性。因此，他們能觀察到當反應(yīng)直接發(fā)生時會發(fā)生什么，可檢測反應(yīng)中間體，并為反應(yīng)機理提供證據(jù)。新儀器為理解氨生產(chǎn)催化打開了一扇新的大門。
研究人員表示，新工具可開發(fā)用于生產(chǎn)氨的新型催化劑材料。這些材料可更好地與電解生產(chǎn)的氫氣配合使用，實現(xiàn)化學工業(yè)的綠色轉(zhuǎn)型。
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