钌在较低温度下催化氨的形成

氮是植物生长必不可少的营养素。虽然地球上约有80%是氮，但它大部分以气体形式包含在大气中，因此植物无法接触到。因此，为了促进植物的生长，特别是在农业环境中，需要化学氮肥。生产这些肥料的关键步骤是合成氨，这涉及在催化剂存在下氢气和氮气之间的反应。

传统上，氨生产是通过“ Haber-Bosch”工艺进行的，尽管有效，但仍需要高温条件(400-500°C)，使该工艺昂贵。因此，科学家一直试图找到一种降低氨合成反应温度的方法。

最近，科学家报道了钌(一种过渡金属)，它是氨合成的有效“催化剂”，因为它在比传统铁基催化剂更温和的条件下运行。但是，有一个警告：在与氢反应形成氨之前，氮分子需要粘在催化剂表面上以分解成原子。但是，对于钌而言，低温通常会导致氢分子粘附在其表面上(称为氢中毒的过程)，这会阻止氨的产生。因此，要使用钌，必须抑制其氢中毒。

幸运的是，某些材料在用作“催化剂载体”时可以提高钌的催化活性。来自东京理工大学的一组科学家最近发现，LnH 2 + x形式的氢化镧材料就是这类支持材料之一。“增强的催化性能是通过载体材料的两个独特特性来实现的。首先，它们提供电子，引导钌表面上的氮离解。其次，这些电子与表面上的氢结合形成氢化物离子，从而很容易地这项研究的负责人北野正树(Maasaki Kitano)副教授解释说，它与氮反应形成氨并释放电子，从而抑制了钌的氢中毒。

该团队怀疑氢化物离子迁移率可能会在氨合成中发挥作用，该团队在《先进能源材料》上发表的一项新研究中，研究了镧系元素氧化物氢化物(LaH 3-2x Ox)的性能-据报道，该氧化物在100- 400°C —作为钌的载体材料，旨在揭示氨合成与氢化物离子迁移率之间的关系。

他们发现，虽然“大宗”氢化物离子电导率与氨合成的活化几乎没有关系，但氢离子的表面或“局部”迁移率通过帮助建立强大的抗氢中毒能力确实在催化中起着关键作用。钌。他们还发现，与其他载体材料相比，氢氧化镧需要较低的起始温度形成氨(160°C)，并具有较高的催化活性。

此外，研究小组还观察到，氧气的存在稳定了氢化物骨架和氢化物离子的抗氮化作用(氧化氢镧转化为氮化镧并随后失活)，这往往会阻碍催化作用，并且是使用氢化物​​载体材料的主要缺点。Kitano教授评论说：“抗氮化性是一个巨大的优势，因为它有助于在更长的反应时间内保持氢化物离子的供电子能力。”

因此，使用镧系元素氧氢化物获得的优异的催化性能和较低的合成起始温度可能是寻求降低氨生产热量的抢手解决方案。

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