温和条件下机械化学合成氨取得突破

氨是化肥、炸药、塑料及其它工业上非常重要的化工合成源料，是世界十大化工产品之一，每年全世界的产量达1.4亿吨。虽然氨的合成反应N₂ + 3H₂⇌ 2NH₃是一个放热反应，原则上低温条件有利于氨的生成。但目前工业生产氨主要采用Haber-Bosch方法，该方法中N₂的解离和中间体的吸附过程却需要高温高压，因此从动力学上来说，Haber-Bosch方法很难在温和条件下进行，通常需要400-500 ^oC、100大气压的苛刻条件，这大大增加了合成氨的成本。因此寻找一种温和条件下合成氨的技术具有重要的意义。

陆亚林课题组与韩国Unist的研究组合作，采用机械化学的方法，以铁为催化剂，在45 ^oC、1大气压的温和条件下，实现了氨的合成。该过程合成的氨的体积浓度可达82.5 %，超过了目前工业上450 ^oC、200大气压条件下所达到的25%。在研究过程中，陆亚林团队利用合肥光源软X射线磁圆二色线站（BL12B）的X射线吸收谱解析了催化剂的电子结构，表明机械化学中的球磨在铁催化剂中所诱导的高密度缺陷以及剧烈碰撞是这种温和条件下能实现氨合成的主要原因。文章以“Mechanochemistry for ammonia synthesis under mild conditions”为题在线发表在Nature Nanotechnology (https://doi.org/10.1038/s41565-020-00809-9)上，这一研究成果对低成本合成高效合成氨有重要的意义。