摘要：对于许多农业和工业过程，氨是一种化学物质，但是它的生产方式具有令人难以置信的高能源成本。各种尝试已经并且正在采取更有效地产生氨的尝试。第一次，一组将大气中的氮，水和阳光结合在一起，并使用两种催化剂产生了相当数量的氨，而没有高能量成本。他们的过程反映了利用共生细菌的植物中发现的自然过程。...

对于许多农业和工业过程，氨是一种化学物质，但是它的生产方式具有令人难以置信的高能源成本。各种尝试已经并且正在采取更有效地产生氨的尝试。第一次，包括东京大学的研究人员在内的一个小组结合了大气氮，水和阳光，并使用两种催化剂，产生了相当大的氨，而没有高能量成本。他们的过程反映了利用共生细菌的植物中发现的自然过程。

您可能听说过氨，尤其是与农业有关的氨，在农业中，它是肥料的重要组成部分，这些肥料养活了我们所有生命所依赖的农作物。但是，这里有一些数字可以描绘出氨如此重要和影响力的图片：每年生产不到2亿吨氨，其中80％用于肥料。此外，它的生产约占全球整个能源消耗的2％，相应地占全球整个二氧化碳排放量的2％。考虑到这些事情，可以理解的是，为什么世界各地的研究人员都试图创造一种更清洁，更有效的方法来生产氨。

东京大学应用化学系的Yoshiaki Nishibayashi教授最近在这一目标方面取得了长足的进步。他们成功地开发了一种新型的催化系统，用于从地球上发现的丰富分子产生氨，包括大气氮和水。关键在于两种催化剂，中间化合物的组合，可以使反应能够加快反应，而无需促进最终混合物，尤其是为氨产生而制造的，并且由阳光驱动。

Nishibayashi说：“这是使用大气二氮作为氮源和水作为质子源的光催化氨的成功例子，它也使用可见光的光能和两种分子催化剂。” “与先前关于可见光的光驱动光催化氨的形成相比，我们使用了虹膜光催化剂和另一种称为第三次磷的化学物质，该化学物质可实现水分子的光化学激活。反应效率高于预期。”

关于化学反应的事情是，它们并不总是按照您想要或想要的方式发生。为了控制过程的结果，效率，时机等，您还需要涉及除原料之外的其他组件。这是催化剂的来源。Nishibayashi及其团队为这些实验使用了两种催化剂，一个基于过渡金属钼，用于激活Dinitrogen，另一个基于过渡金属虹膜的激活，用于对第三磷酸和水的光激活。第三个称为三级磷的成分也是帮助将质子从水分子中取出的关键。

“当虹膜光催化剂吸收阳光时，其激发态可以氧化三级磷。然后，氧化的第三次磷，然后通过形成磷酸磷原子和水之间的化学键来激活水分子，从而产生质子。” “然后，钼催化剂使氮与这些质子成为氨的结合。使用水产生二氢或氢原子是实现绿色氨产生的最重要过程之一。”

该团队设法以先前实验的10次量表产生了这一反应，这表明它已经准备好在较大的尺度上进行试验，尽管仍然有一些问题可以进一步提高安全性和有效性。可以使用太阳能制成或从磷酸氧化物中再生的某些成分，例如第三纪磷。虽然自己稳定，但如果被人们摄入，它们可能有毒，因此找到一种负责任的方式来处置或回收它们是理想的选择。

Nishibayashi说：“在植物中，氨是通过使用蓝细菌固定的生物氮形成的，并与光合作用有关。” “在这里，反应的电子是由光合作用提供的，质子是从水中得出的。因此，我们最近的研究的发现可以被视为氨的人工光合作用的成功例子。”