《《Nature Communications》“利用二氮、水和可见光催化合成氨”》

  • 来源专题:耕地与绿色发展
  • 编译者: 张毅
  • 发布时间:2025-07-20
  • 5月,日本东京大学开发了一种以清洁小分子氮气和水为原料仅使用可再生能源生产绿色氨的生产方法。该方法以广泛使用的有机物叔膦为电子供体,钼配合物为分子催化剂,铱配合物为光敏剂,在室温条件下实现了可见光催化二氮和水合成氨。相关成果以“Catalytic ammonia formation from dinitrogen, water, and visible light energy”发表在《Nature Communications》上。

  • 原文来源:https://www.nature.com/articles/s41467-025-59727-w
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    • 来源专题:中国科学院文献情报先进能源知识资源中心 |领域情报网
    • 编译者:guokm
    • 发布时间:2019-06-25
    • 生物质是地球上储量最大、年产量最高的可持续碳资源。生物质的解聚有望替代化石资源为人类社会提供可持续的化学品和能源品。木质纤维素在生物质中的比例最大,其组成成分主要包括纤维素、半纤维素和木质素。目前,木质纤维素的解聚并转化为化学品或能源品受限于难以控制的选择性、低收率以及严重的再聚等问题。较高的反应温度是引起生物质分子再聚的一个原因;此外,木质纤维素的氧含量很高,这就要求木质纤维素转化成含氧精细化学品或利用木质纤维素或水 中的氢来实现木质纤维素的转化。    在光照下,半导体表面能够同时产生氧化性 和还原性强的产物,可以分别在常温下引发氧化和还原反应。采用光催化的方法来解聚 / 转化木质纤维素将会避免剧烈的反应条件(例如高温)引起的再聚问题。温和的反应条件也可以减少副反应的速率,更易于控制产物选择性。此外,光催化反应可以实现爬坡反应,因而有望实现用水 供氢来还原木质纤维素或在解聚 / 转化木质纤维素的同时产氢。    近日, 中国科学院大连化学物理研究所王峰研究员团队开发了新型光催化剂Ru-ZnIn 2 S 4 ,能够在可见光下直接高活性催化生物质衍生的分子,同时产生氢气 和柴油前驱体 。成果发表在最新出版的《自然 - 能源》(IF46.859) 。 2,5 - 二甲基呋喃( 2,5 - DMF )和 2 - 甲基 呋喃( 2 - MF )可以分别选择性地从含有己聚糖和戊聚糖的木质纤维素获得,它们是非常有竞争力的生产柴油前驱体的原料。研究人员发现, 2,5 - DMF 和 2 - MF(单独反应 或混合反应 )都可以被无氧脱氢偶联, 产生柴油组分碳数的含氧化合物 。 加氢脱氧反应后, 得到了包含很大比例支链烷烃 ( ~ 32%)的 组分非常 丰富 的烷烃混合物。研究证实,Ru的掺杂提高了 ZnIn 2 S 4 的电荷分离效率,进而促进C-H键的活化而同时得到氢气和柴油前驱体。这项工作引入了一种利用太阳能和地球表面存在的可持续碳源来产生清洁能源的新方法。
  • 《二维催化剂可轻松合成氨》

    • 来源专题:纳米科技
    • 编译者:郭文姣
    • 发布时间:2019-11-26
    • 赖斯大学的研究人员已经开发出一种无机合成氨的方法,该方法既环保又可以在环境条件下按需生产有价值的化学物质。 布朗工程学院材料实验室的科学家Jun Lou操纵了一个众所周知的二维晶体-二硫化钼-并通过从晶格状结构中去除硫原子并用钴代替了暴露的钼,将其转变为催化剂。 这使得该材料能够模仿自然有机过程细菌所使用的细菌,这些细菌用来将大气中的二氮转化为生物体中的氨,包括使用氨来帮助肝脏功能的人体。 无机工艺可以使氨作为工业的小规模附件在任何需要的地方生产,该工业每年通过无机Haber-Bosch工艺生产数百万吨的化学品。 这项研究在《美国化学学会杂志》上有描述。 共同主要作者,莱斯大学的研究生田小银说:“哈伯-博世过程会产生大量的二氧化碳并消耗大量的能量。” “但是我们的过程使用电来触发催化剂。我们可以从太阳能或风能中获取电能。” 研究人员已经知道,二硫化钼具有与二氮键结合的亲和力,二氮是两个牢固结合的氮原子的天然分子,占地球大气的78%。 Brookhaven国家实验室的研究助理Liu Mingjie Liu进行的计算模拟显示,用钴代替一些暴露的钼原子将增强该化合物促进二氮还原为氨的能力。 在赖斯的实验室测试表明确实如此。研究人员通过在碳布上生长有缺陷的二硫化钼晶体并添加钴来组装纳米级材料的样品。 (从技术上讲,该晶体是二维的,但显示为钼原子的平面,上方和下方都有硫层。)施加电流后,使用1千克催化剂,该化合物每小时可产生10克以上的氨。 赖斯的博士后研究员,共同首席作者张静说:“规模无法与发达的工业过程相提并论,但在特定情况下可以替代。” “它将允许在没有工厂的地方,甚至在太空应用中生产氨。”他说,实验室实验使用了专用的二氮进料,但该平台可以轻松地将其从空气中拉出。 娄说,其他掺杂剂可能使这种材料催化其他化学物质,这是未来研究的主题。他说:“我们认为这里是一个机会,可以采取我们非常熟悉的东西,并尝试做大自然数十亿年来一直在做的事情。” “如果我们以正确的方式设计反应堆,那么平台就可以不间断地执行其功能。”