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脑洞大开,用水就能造出尿素?

码报资料2018 www.5pn6m.cn 时间:2019/3/8 10:44:53文章来源:中国农资网浏览次数: 521

    3月5日,北京大学化学与分子工程学院发布一重磅消息:常温常压水相电催化合成氨领域获得突破!消息一出,立刻掀起业内一阵狂热。对于码报资料2018圈来讲,第一印象无疑是:以后难道用水就能造出尿素?

    众多周知,合成氨工业对国民经济与社会发展具有举足轻重的作用。工业上广泛采用的Haber-Bosch方法通过高温高压(300–500摄氏度,100–200个大气压)等苛刻条件来促使高纯氢气和氮气在铁基催化剂表面进行反应生成氨,其能量和氢气都来自于化石燃料(如甲烷等),表现出高能耗、高化石燃料消耗和高二氧化碳排放等缺点。

    电催化氮还原反应(总反应为N2 + 3H2O→2NH3 + 1.5O2)提供了一种可持续合成氨的新路径。该反应在常温常压下即可进行,以大量易得的水与氮气(空气)作为反应原料,以可持续能源(太阳能,风能等)产生的电能作为能量来源,即可实现“零排放”合成氨。

    然而,电化学合成氨技术仍面临重大挑战,其发展严重受制于现有催化剂非常低下的选择性与活性。若要将该技术实用化,就必须同时大幅提升催化剂的选择性与活性。

    然而,现有研究经验与理论表明,该反应催化剂普遍面临严重的“选择性-活性”两难问题:具有理论高活性的催化剂通?;岬贾录ち业奈銮飧狈从?,从而表现出低的反应选择性;而可能具有高选择性的催化剂对氮的吸附又过强,导致产物难以脱附,表现出过低的反应活性。因此,为取得电催化合成氨研究进展,大幅提高催化剂的选择性与活性,就必须突破现有理论,发展新型催化剂与催化体系。

    北京大学化学与分子工程学院张亚文、严纯华课题组与北京理工大学殷安翔课题组,该方法在常温常压(25摄氏度,1个大气压)下,从水和氮气出发,即可实现高选择性(电子利用率高于66%)和高速率(3.4gNH3g–1h–1)产氨。该方法较目前已有报道有数量级上的提升,为电化学合成氨的实用化提供了可能。

    值得一提的是,该催化体系还具有广泛适用性。碱金属的促进作用不仅限于铋催化剂,碱金属的促进作用还适用于一系列常用催化剂(如Pt、Au等)。此外,该催化体系对具有重要能源与环境意义的二氧化碳电催化还原反应同样具有显著的提升作用。

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    解读——初步做了以下分析:

    1、从煤炭、天然气、石油等原料同空气反映转化为水与空气反映,解决了对煤和天然气等能源的依赖性,不再需要消耗大量的能源。

    2、高温高压操作环境变为低温低压,进一步简化了工业生产的繁琐过程,同时可能会减少一些列装置安全问题。

    3、合成氨的下游——尿素的成本,可能也会因此得到空前的释放,成本更低也不是不可。


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