??記者從中科院合肥研究院固體所獲悉，該所環(huán)境與能源納米材料中心科研人員合成了鉀離子和氰基修飾的氮化碳納米帶作為模型催化劑，發(fā)現(xiàn)氰基在固氮反應(yīng)中參與了還原反應(yīng)并能夠再生，形成了固氮產(chǎn)氨循環(huán)。研究成果以全文形式日前發(fā)表在國際知名期刊《德國應(yīng)用化學(xué)》上。

氨（NH3）是農(nóng)業(yè)和化學(xué)工業(yè)中必不可少的化工產(chǎn)品之一。并且由于其氫含量高、液化壓力低、運輸安全等優(yōu)點，使其成為氫能的理想載體。大氣中氮氣約占78%，總量非常高，取之不盡、用之不竭。但其分子的固有化學(xué)惰性使氮氣很難轉(zhuǎn)化為氨。目前的合成氨工業(yè)還是依賴于高能耗和密集排放型的哈伯—博施法。近年來，為了尋求高能源利用效率和低排放的人工合成氨新技術(shù)，科研人員進行了大量的研究。其中，光催化固氮合成氨技術(shù)由于其能夠利用太陽能，條件溫和并且低排放等優(yōu)點受到越來越多的關(guān)注。其中，氰基修飾氮化碳作為一類典型的二維非金屬半導(dǎo)體光催化劑，具有成本低、物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、元素來源豐富、易于大量合成等優(yōu)勢已成為固氮光催化劑領(lǐng)域的研究熱點。

該課題組合成了鉀離子和活性氰基修飾的氮化碳納米帶作為模型光催化劑，在可見光條件下，光催化合成氨速率達到3.42mmol g-1 h-1。一系列對比實驗結(jié)果表明：邊緣氰基活性位點上的氮原子首先通過光催化加氫還原合成了氨分子，剩下的不飽和碳原子在鉀離子的協(xié)助下能夠吸附氮分子與鄰近的碳氮雜環(huán)構(gòu)建出一個C2N4環(huán)，最終與質(zhì)子耦合光生電子進行反應(yīng)合成第二個氨分子，并且重新生成氰基基團。研究結(jié)果表明，氰基的再生不僅保證了氮氣合成氨的催化循環(huán)，有效提升了光催化固氮效率，而且能夠穩(wěn)定該光催化劑材料。