打破障碍：用铁催化剂和氢化钡合成低温氨

哈伯-博世(HB)工艺是最重要的工业化学反应之一。它在铁基催化剂存在下在高温高压下结合氮气和氢气，生产氨肥，为超过 50 亿人提供食物。

几十年来，研究人员一直试图降低HB工艺的反应温度，以提高氨产量，同时降低能耗。为此，他们最近开发了基于其他过渡金属的新催化剂，如钌、钴和镍，其催化活性远高于铁。

然而，这些催化剂优先在100-150的低温下将氢原子吸附到其表面上oC，这会减少氮气吸附，从而阻碍氨的产生。这种现象被称为氢中毒，对低温HB过程构成了障碍。

有鉴于此，由东京工业大学(Tokyo Tech)材料与结构实验室的Michikazu Hara教授领导的研究人员重新关注铁基催化剂，并对其进行了修改以产生氨，其氨含量为100oC.他们的工作都将发表在《美国化学学会杂志》上。

原教授解释了研究背后的动机。“对于铁基催化剂来说，氢中毒并不强烈。因此，它们可以用于低温HB过程，但只有与适当的促进剂结合使用时，才能增加其催化活性。在这项工作中，研究人员在氢化钙(CaH2)颗粒，含有氧化钡(BaO)和氢化钡(BaH2)存放在他们身上。

一组实验表明，铁纳米粒子与两种氢化物的氢化物离子相互作用强烈。结果，氢原子从氢化物移动到纳米颗粒，并以氢气的形式解吸，留下电子。氢化物将这些电子提供给铁纳米颗粒。它有助于将氮气分解成原子，即使在低温下也能增强氨生产的催化活性。

巴赫2–BaO/Fe/CaH2 催化剂的周转频率为0.23 s-1在 100oC 和 12.3 秒-1在 300oC 在 0.9 MPa 的中等压力下。这些值比基于其他过渡金属的催化剂高几个数量级，这是由于铁通过在低温下将吸附的氢原子解吸为氢气来防止氢中毒的能力。

在讨论他们工作的未来潜力时，原教授观察到，“BaH2–BaO/Fe/CaH2催化剂有利于低温HB工艺，消耗更少的能量。因此，它可以减少化石燃料的使用，并可能降低全球碳排放。此外，铁丰富且价格低廉，这使得HB工艺更具可持续性。

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