突破：仅需金属催化剂，氨气自然分解生成氮气，并释放化学能

威斯康星大学麦迪逊分校的研究团队发现了一种新的方法，将氨转化为氮气，释放化学能却不需要燃烧。这可能是朝着氨取代碳基燃料迈出的一步。

11月8日，《自然-化学》报道了这一技术，该技术使用金属催化剂并释放——而不需要输入能量，获得了威斯康星州校友研究基金会的临时专利。

论文作者、华盛顿大学麦迪逊分校化学家John Berry实验室的前博士后研究员Christian Wallen解释说："目前世界是靠碳燃料经济运行的。这不是一个好的模式，因为我们燃烧碳氢化合物，将二氧化碳释放到大气中。我们没有办法完成真正的碳循环，将二氧化碳再转化为有用的燃料。"

为了实现联合国提出的到2050年世界实现碳中和的目标，科学家们必须考虑以对环境负责的方式从碳以外的元素中创造能源，而华盛顿大学麦迪逊分校的团队提出了一种基于氮和氨的相互转化的氮能源经济。

科学家们兴奋地发现，将氨添加到含有类铂元素钌的金属催化剂中会自发地产生氮气，这意味着不需要能量输入。相反，这个过程可以被利用来发电，质子和氮气是副产品。此外，该金属复合物可以通过暴露在氧气中被回收，并反复使用，所有这些都是比使用碳基燃料更清洁的过程。

"我们发现，我们不仅在制造氮气，而且是在完全前所未有的条件下制造氮气，"Berry说，他是莱斯特-麦克纳尔化学教授，他的研究工作集中在过渡金属化学上。"能够在环境条件下完成氨到氮的反应，并获得能量，这是一个相当大的突破。"

氨作为一种燃料来源已经燃烧了很多年。在第二次世界大战期间，它被用于汽车，今天的科学家们正在考虑如何在发动机中燃烧它以替代汽油，特别是在海运业。然而，燃烧氨气会释放有毒的氧化氮气体。

新的反应避免了这些副产品。如果该反应被安置在一个燃料电池中，氨和钌在电极表面发生反应，它可以清洁地产生电力，而不需要催化转换器。

"对于燃料电池，我们希望有电输出，而不是输入，"Wallen说，"我们发现了可以在室温下催化氨转化为氮的化合物，不需要任何外加电压或添加化学品。据我们所知，这是第一个能做到这一点的工艺。"

"我们有一个分配氨的既定基础设施，它已经在哈伯-波斯工艺中从氮气和氢气中大规模生产。"研究生和论文作者Michael Trenerry说，"这项技术可以实现无碳燃料经济，但它只是难题的一半。氨合成的缺点之一是，我们用来制造氨的氢气来自天然气和化石燃料。"

然而，这种趋势正在发生变化，因为氨生产商试图生产 "绿色"氨，其中氢原子由碳中性的水电解提供，而不是能源密集型的哈伯-波什工艺。

Berry认为，随着合成氨的挑战得到解决，使用氨作为普通能源或燃料将有许多好处。它是可压缩的，就像丙烷一样，易于运输，易于储存。尽管一些氨燃料电池已经存在，但它们与这种新工艺不同，需要能量，例如，首先将氨分裂成氮和氢。

该小组的下一步包括弄清楚如何设计一个利用新发现的燃料电池，并考虑以环境友好的方式创造所需的起始材料。

"我想考虑的下一个挑战之一是如何从水中产生氨，而不是氢气，"Trenerry说。"梦想是放入水、空气和阳光来创造一种燃料。"

https://phys.org/news/2021-11-chemists-harness-energy-ammonia.html

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