美國紐約州立大學(xué)布法羅分校的團隊開發(fā)出用電化學(xué)方法合成氨的新型裝置，效率相對較高，可在室溫條件下長時間穩(wěn)定運行。
氨是生產(chǎn)化肥和化學(xué)品的關(guān)鍵原料，當(dāng)前普遍應(yīng)用的合成氨工藝是歷史超過百年的哈伯-博施法，需要在高溫高壓下進行，能耗大、對廠房設(shè)備的要求高。
據(jù)紐約州立大學(xué)布法羅分校日前發(fā)布的新聞公報，該校團隊參考了自然界中氮氣轉(zhuǎn)變成氨的過程。閃電使大氣中氮氣分解，生成氮氧化物，后者隨雨水進入土壤，通過細菌作用轉(zhuǎn)化成氨。
新型裝置分為等離子體反應(yīng)腔和電化學(xué)反應(yīng)腔兩個部分。給等離子體反應(yīng)腔通電，可以在內(nèi)部模擬閃電效果，利用空氣生成不同氮氧化物的混合物。這些物質(zhì)隨后被送入電化學(xué)反應(yīng)腔，在銅-鈀合金的催化作用下生成氨。
為提高效率，研究人員分析了由氮氣合成氨的不同反應(yīng)路徑，確定其中瓶頸所在，有針對性地設(shè)計催化劑。在實驗中，他們使用的泡沫狀銅-鈀合金在2安培的電流作用下，每平方厘米每小時能催化生成81.2毫克氨，持續(xù)穩(wěn)定運行超過1000小時。
該團隊接下來將擴大生產(chǎn)規(guī)模，設(shè)法將新技術(shù)投入商業(yè)化應(yīng)用。研究人員說，許多發(fā)展中國家無力建設(shè)使用哈伯-博施法的大型工廠，他們的新技術(shù)可大幅縮小合成氨設(shè)備的規(guī)模，有望幫助欠發(fā)達地區(qū)自行生產(chǎn)化肥。
這項研究的論文已發(fā)表在《美國化學(xué)學(xué)會雜志》。
