钻石,一个有前途的催化剂

在世界上,有很多小分子的人想摆脱,或者至少转化为有用的东西,据威斯康星大学麦迪逊分校的化学家 罗伯特hamers.

想到二氧化碳,温室气体深远的全球气候的影响最负责任的。氮是可被转化成有价值的农用肥料氨另一个无处不小分子气体。植物进行化学还原大气中的氮氨作为理所当然的事,但对于人类这样做,在工业环境中,对现代农业的必需品,需要进行氮气在高压下大量的能量。

“用于减少氮与氨的当前进程极端条件下进行的,”解释hamers,化学教授。 “还有,你必须克服,让您的最终产品带来巨大的障碍。”

Professor 罗伯特hamers

更有效地破坏这道屏障,减少用于氮转化成氨能源的大量 - 据估计,世界上电力输出的2% - 已经为农业化学工业圣杯。现在,这个目标可能是在地平线上,这要归功于hamers和他的同事们在杂志设计并公布2013年6月30日的技术 自然材料.

像许多化学反应,减少氮对氨是催化,其中在传统的能源密集型还原过程中使用的催化剂是铁的产物。铁,具有高温和高压相结合,加速了通过降低活化能垒,否则保持氮,地球上最普遍的气体之一,完整转换氮与氨的反应速率。

“氮分子是最快乐的分子之一周围,”笔记hamers。 “这是令人难以置信的稳定。它没有做任何事情。”

的大障碍之一,根据hamers,是氮不良结合,如铁的催化材料。

hamers和他的团队,包括二珠,令红张和玫瑰即的Ruther,所有威斯康星麦迪逊大学的,转向合成工业金刚石 - 一种廉价,砂砾,多用途的材料 - 作为还原处理的潜在的新的催化剂。金刚石,威斯康星小组发现,可以方便氮与氨在环境温度和压力的降低。

像所有的化学反应,氮与氨的还原涉及移动电子从一个分子到另一个。使用由深紫外光照射氢涂覆金刚石,威斯康星团队能够诱导电子进入水的准备流,它作为反应物的液体,温度和压力条件远远比那些通过传统的需要更有效的在减压氮成氨工业方法。

“从化学家的角度来看,没有什么比在水中电子更高效,说:” hamers,他们的工作是由美国国家科学基金会资助。与金刚石的催化剂“的电子是不受限制的。他们源源不绝旅鼠向海“。

同时该方法在还原氮到一个有价值的农用产品的上下文证实的,新的钻石为中心的方法是令人兴奋的,hamers认为,因为它可以潜在地适应各种各样的需要催化的过程。 “这是真正的思考诱导,可能具有更高的效率和适用性的反应方式不同。我们与金刚石磨粒这样做。它是无限重复使用“。

通过hamers和他的同事们设计的技术,他指出,仍然有需要制定出来,使之成为可行的替代传统方法的缺陷。使用深紫外光的,例如,是一个限制因素。诱导可见光反应是,将加强新技术的应用,如防污技术的承诺目标。

故事由特里·德维特,大学通信

钻石照片由戴姆勒东北亚