重新构想肥料前体合成以减少其碳足迹

哈伯-博世反应通过将氮转化为肥料前体氨来帮助养活世界。然而，它的碳足迹是巨大的：这一个反应是全球近2%碳排放的来源。现在，在最近发表在ACS Energy Letters上的一项研究中，大阪大学的研究人员帮助重新构想了这种反应，以提高化学工业的可持续性。

多年来，用更可持续的替代方案取代哈伯-博世反应一直是一个活跃的研究领域。这些努力导致了全球公认的氨合成电化学反应。然而，优化该反应的努力因对其如何进行的理解不足而受到阻碍。普遍的共识是需要尽可能降低反应中的水浓度。重新审视这一共识 - 目标是提供有助于优化氨生产的化学反应细节 - 是研究人员试图解决的问题。

“有多种创造性的方法可以通过增加氮分压或溶解度来提高法拉第效率，”Yu Katayama解释说。“我们通过表明痕量水可以促进反应进展来补充这些研究。

研究人员报告了痕量水浓度(约36毫摩尔)和高氯酸锂浓度(0.8摩尔)，导致大气压下的法拉第效率约为28%。该选择性是迄今为止在环境压力下报告的最高选择性，不使用气体扩散电极。

“X射线光电子能谱实验表明，选择性部分归因于痕量水促进氧化锂掺入固体电解质界面，”Katayama说。“较高的水浓度可能会促进氢的析出，这是一种不希望的副反应。这个令人惊讶的结果只有在ICL研究人员的帮助和讨论下才能找到。我相信这一结果强调了研究合作的重要性。

这项工作成功地通过直接的方法提高了在环境压力下将氮还原成氨的法拉第效率，并揭示了导致这一结果的化学成分。微调化学工艺参数极大地提高了该反应的输出。因此，有许多以前打折的电化学系统可能值得重新审视，以便将来研究其详细机制的研究工作。研究人员现在更接近于优化工业中的肥料前体合成，并最大限度地减少其生产的碳足迹。