AIOLIA BIO-ENGINEERNG （TIANJIN） CO. ，LTD
艾奧里亞生物工程
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哈伯-博世氨合成工藝可以說是20世紀(jì)最重要的工業(yè)進(jìn)步之一，它創(chuàng)造了大規(guī)模生產(chǎn)化肥的方法，從根本上克服了糧食短缺，施化肥從此成為用于加強(qiáng)世界各地糧食的收成重要方法。但是，氨的生產(chǎn)（硝酸銨肥料的主要原料）在生產(chǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生一種有問題的副產(chǎn)品：二氧化碳。大量的碳：每噸化肥產(chǎn)生兩噸以上的碳。據(jù)估計(jì)占了全球二氧化碳排放量的1.4%。因此，這一過程在對(duì)抗大規(guī)模饑餓的同時(shí)，也開始增加地球上溫室氣體的負(fù)擔(dān)。
現(xiàn)今擺在科學(xué)家面前的主要目標(biāo)之一是使糧食生產(chǎn)與碳脫鉤。在某種程度上，這意味著找到一種通過無碳氨合成來生產(chǎn)肥料的方法，沒有哈伯-博世法案能做到嗎？普林斯頓大學(xué)的愛德華茲·桑福德(Edwards S.Sanford)化學(xué)教授保羅·奇里克(Paul Chirik)以一種獨(dú)特、基本的方法合成化學(xué)鍵，朝著這一可能性邁出了重要的一步。使用可見光來驅(qū)動(dòng)弱元素氫鍵的形成，這是挑戰(zhàn)的核心，因?yàn)樗鼈兲y制造了，該實(shí)驗(yàn)室的概念驗(yàn)證論文發(fā)表在《自然化學(xué)》期刊上。
其研究論文列出了一種簡(jiǎn)單的方法，即在銥催化劑上照射藍(lán)光，使其能夠在熱力學(xué)勢(shì)能或接近熱力學(xué)勢(shì)的情況下形成弱鍵沒有碳副產(chǎn)品（也就是說，沒有大量的能量消耗）。這里的重大突破是能夠利用光線，然后促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)，形成一種非常弱的鍵，這是沒有外部刺激就做不到的。在過去，這種刺激是伴隨著浪費(fèi)或耗電，現(xiàn)在用光來做到這一點(diǎn)。這個(gè)金屬催化劑世界做出了令人驚嘆的事情，制造了氨，制造了藥物，制造了聚合物。
現(xiàn)在，當(dāng)研究人員開始研究這些催化劑吸收光線時(shí)會(huì)發(fā)生什么時(shí)，可以用它們做更多的事情。所以，你吃的東西以前確實(shí)產(chǎn)生了很酷的化學(xué)作用，然后你又用50千卡路里的熱量榨汁。所以一個(gè)全新的世界打開了，突然之間，可以考慮做出一種新的反應(yīng)。E-H鍵只是一種表示氫和另一種元素之間可能形成的鍵的方式。E-H鍵的強(qiáng)度高度依賴于每種元素的化學(xué)結(jié)構(gòu)，但其中許多鍵是弱不穩(wěn)定的，容易斷裂并形成氫(H2)。
重大突破是能夠利用光線
大多數(shù)化學(xué)反應(yīng)是由強(qiáng)鍵的形成推動(dòng)，因?yàn)楫?dāng)形成更穩(wěn)定的產(chǎn)物時(shí)會(huì)釋放能量。構(gòu)成挑戰(zhàn)的是薄弱紐帶的集結(jié)。研究的實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)找到了一種方法，可以通過照射催化劑（在這種情況下是銥）來形成弱鍵。其原理是這樣的：研究人員選擇了一種具有代表性的有機(jī)分子--蒽，它充當(dāng)了一種在反應(yīng)燒瓶?jī)?nèi)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的平臺(tái)。將藍(lán)色光照射到燒瓶?jī)?nèi)的銥上會(huì)讓它“激發(fā)”，這意味著它有能量來驅(qū)動(dòng)反應(yīng)。
在這種狀態(tài)下，它會(huì)撞上蒽分子，并轉(zhuǎn)移一個(gè)氫原子，形成一個(gè)弱鍵。銥催化劑然后激活氫氣，完成這個(gè)循環(huán)。利用氫氣代替碳基氫源（過去在有機(jī)合成中廣泛使用）有可能提供一種可持續(xù)的方式，在不產(chǎn)生碳副產(chǎn)品的情況下形成弱化學(xué)鍵。研究還確定了元素周期表中哪種金屬催化劑在執(zhí)行所需反應(yīng)方面最有效。從之前用銠（另一種稀有、昂貴的金屬催化劑）開始的實(shí)驗(yàn)室工作開始，很快就把重點(diǎn)放在了銥上。
雖然科學(xué)家們還沒有準(zhǔn)備好拋棄哈伯-博世的方法，但新研究實(shí)驗(yàn)的概念驗(yàn)證是重要的早期步驟。雖然還沒有催化合成氨，要實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，還有很長(zhǎng)的路要走，但學(xué)習(xí)如何制造這些弱化學(xué)鍵的想法也很重要。奇里克表示：我喜歡這項(xiàng)研究的一點(diǎn)是，它與眾不同，它是基礎(chǔ)化學(xué)，就像你能得到的一樣基礎(chǔ)。明天沒有人會(huì)在這項(xiàng)研究上開設(shè)工廠。但我們對(duì)這個(gè)概念真的很興奮，我們真的希望其他研究人員在其他情況下也能做這項(xiàng)化學(xué)研究。
