化工行业迎来绿色转型新机遇 科学家揭秘氨合成催化剂的表面奥秘

氨的合成是现代化工行业的基石，哈伯法是实现这一目标的关键。然而，尽管哈伯法在全球范围内广泛应用，它在能源消耗和环境影响方面存在明显的缺陷。特别是在催化剂的选择和使用方面，传统方法依赖于重金属如铁，这不仅效率低下，而且环境污染严重。这就迫切需要寻找更为高效和环保的催化剂，以优化氨的合成过程。正是在这样的背景下，科学家进行了一项创新研究。他们关注的是氨合成催化剂的表面特性。这一新研究不仅为氨的合成过程提供了新的理论基础，而且还为化学工业的绿色转型提供了可能性。

瑞典斯德哥尔摩大学的研究人员进行了关于氮和氢生成氨时铁和钚催化剂的表面特性的研究。这项研究成果为更好地了解催化过程、寻找更高效的材料以及推动化工行业的绿色转型打开了新的大门。研究结果已经发表在《自然》上。

哈伯法是一种通过氮气和氢气生成氨气的方法，每年可生产1.1亿吨氨，而氨是目前生产化肥的基础化学品之一。哈伯法被认为是20世纪人类最关键的科学发明之一，因为它的大规模应用预防了大规模饥饿，拯救了大约40亿人的生命。

然而，在真实的氨生产条件下，科学家们无法通过表面敏感的实验方法研究催化剂的表面特性。由于缺乏足够高压力和温度下的表面敏感实验技术，无法明确验证铁催化剂是金属状态还是氮化物状态，以及对反应机理重要的中间物种的性质。

为了解决这个问题，研究人员建造了一台光电子能谱仪，可以研究高压下催化剂的表面特性。通过这个仪器，他们能够观察到反应直接发生时会发生什么，并且可以检测到反应中间体，为反应机理提供了证据。这个新仪器为理解氨生产催化打开了新的大门。

研究人员表示，这个新工具可以用来开发用于生产氨的新型催化剂材料。这些材料可以更好地与电解生产的氢气配合使用，实现化学工业的绿色转型。