氨(Ammonia,即阿摩尼亞),或稱“氨氣”,氮和氫的化合物,分子式為NH?,是一種無色氣體,有強烈的刺激氣味。極易溶于水,常溫常壓下1體積水可溶解700倍體積氨,水溶液又稱氨水。降溫加壓可變成液體,液氨是一種制冷劑。氨也是制造硝酸、化肥、炸藥的重要原料。氨對地球上的生物相當重要,它是許多食物和肥料的重要成分。氨也是所有藥物直接或間接的組成。氨有很廣泛的用途,同時它還具有腐蝕性等危險性質。由于氨有廣泛的用途,氨是世界上產量最多的無機化合物之一,多于八成的氨被用于制作化肥。由于氨可以提供孤對電子,所以它也是一種路易斯堿。
電還原技術可以引領氨經濟。
澳大利亞科學家們在室溫和常壓下,通過電化學的方法還原大氣中的氮氣,在離子液體中產生了高達60%的氨氣。這項技術改善了以往減少氮的方法,為可再生能源帶來了令人振奮的前景。
氨是世界上最重要的化學物質之一,也是肥料的主要來源。它作為一種易于運輸的能源儲存和可再生能源氫氣的來源獲得了越來越多的關注。一個多世紀以來,氨一直是由Haber–Bosch工業化合成的。但這種能源密集型需要較高的溫度和壓力,并產生約2%的全球二氧化碳排放。一個可持續的替代方案將解決許多問題。
電化學將N2還原為NH3是有可能的。盡管科學家們已經研究了各種電極、催化劑和條件,但它們的電流轉換效率(或faradaic)低得不切實際:對于環境條件下的工藝,效率不到7%。2014年,美國喬治華盛頓大學的Stuart Licht團隊報道了一種從電力、空氣和蒸汽中直接生產氨的方法,效率為35%,但這涉及到熔融氫氧化物電解質中的蒸汽和200–250°C的溫度。
現在,Doug MacFarlane在Monash大學的團隊已經將這個數字翻了一番。他們方法成功的關鍵是使用某些疏水性離子液體,它們對氮有很高的溶解度,但不能吸收很多水。這對于防止在同一潛在區域將水優先地還原為氫具有重要意義。這種競爭過程嚴重影響了水含量高、氮溶解度有限的典型電解質。這并不是說以離子液體為基礎的方法不產生氫:事實上它是唯一的副產品。
MacFarlane認為,他們的過程意義重大:氨很容易運輸,可以直接用作燃料,也可以裂解成氮和氫,用于燃料電池。氫也是一種儲存能量的形式。麥克法蘭認為重要的是要考慮如何分離和有效利用這些副產品。
美國斯坦福大學Jens N·rskov的小組成員Joshua McEnaney最近報道了以鋰循環戰略為核心的氨生產替代途徑,他認為高效和溫和的條件令人鼓舞。他說,這將激勵研究人員繼續利用這項工作和相關系統的效率和產出。
(審核編輯: Doris)
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