新催化劑能使氫氣和化肥同步產出

研究人員解釋實驗原理。圖片來源：物理學家組織網

科技日報訊（記者劉霞）德國波鴻魯爾大學和杜伊斯堡-埃森大學的科學家們發現了一種新型催化劑，能夠促進將氨轉化為氫氣和肥料前體亞硝酸鹽的化學反應。相關研究論文發表于最新一期《德國應用化學》雜志。

此前，生產氫氣和生產肥料分屬于不同的化學過程。研究人員解釋說，氫氣的生產通常是通過電解水實現的，而為了實現可持續性，這個過程需要依賴可再生能源。此外，氫氣的運輸方式主要有液態和氣態兩種，但氫氣只有在-253℃的極低溫度或高壓下才會變成液體，因此其運輸難度相對較大。替代方案是在生產現場將氫氣轉化為氨（NH3），因為氨在-33℃時即可液化，而且其能量密度高，更便于運輸。使用時，科學家通過反向哈伯-博施反應，將氨轉化為氮氣和氫氣。

由于氮氣的化學鍵非常牢固，所以氨很容易轉化為氮氣，卻很難轉化為亞硝酸鹽。研究人員面臨的挑戰是找到一種合適的催化劑。經過實驗，他們證明多金屬催化劑適用于這一目的。

研究人員結合反向哈伯-博施反應與水的二次電解，使用氣體擴散電極，并在該反應中添加了多金屬催化劑。結果顯示，氨和水發生反應時，產生亞硝酸鹽和氫氣。該反應可將87%的轉移電子用于轉化成亞硝酸鹽，而且這一過程中氫氣產量會加倍。亞硝酸鹽可以進一步加工成肥料。

該研究首次證明這兩個化學過程可以在實驗室規模上結合使用，但要實現工業規模生產，還有很長的路要走。