新型光驱动催化剂实现常温下合成氨

美国斯坦福大学工程学院、波士顿学院等机构的研究人员开发出一种新型光驱动催化剂，实现了在常温、常压条件下合成氨，为降低氨工业碳排放提供了新思路。相关成果发表在最新的《自然·能源》杂志上。

研究人员设计了一种由金和钌组成、成分比例可调的双金属纳米催化剂。当光照射到这些纳米颗粒上时，其光学响应可加速氮和氢之间的反应，最终生成氨。实验结果表明，该催化体系在环境条件下即可稳定生成氨，氨生成速率可达每克催化剂每小时约60微摩尔。

研究还利用原位红外光谱技术，对反应过程进行了实时监测。结果显示，在光照条件下，氮相关中间体的加氢步骤明显快于传统热催化过程，表明光在反应中起到了重要促进作用。

进一步的计算模拟揭示，这一光辅助制氨机制并非通过直接断裂氮—氮三键，而是沿着类似生物固氮的“缔合加氢”路径进行。该过程需要光激发电子与氢气协同作用，才能克服氮活化的能垒，其机理与自然界中固氮酶合成氨的方式高度相似。

这项成果为开发低能耗、可持续的氨合成技术提供了新的基础认识。