人工光合固氮

张德善1,2, 梁永鹏1, 杨钰1, 佟振合1, 吴骊珠1,2 （1.中国科学院理化技术研究所, 光化学转换与功能材料重点实验室, 新基石科学实验室；2.中国科学院大学未来技术学院）

摘要：氨(NH3)作为化肥的重要成分和潜在的清洁能源载体, 其可持续生产对于应对全球能源需求和环境问题意义重大. 传统的Haber-Bosch工艺在高温和高压条件下, 将氮气(N2)和氢气(H2)催化转化成NH3. 该工艺支撑了全球近半数人口的粮食生产, 但其存在的高能耗、高排放等问题无法满足可持续发展的要求. 生物固氮酶能够在温和条件下实现N2到NH3的高效转化,为绿色高效驱动N2还原提供了重要的参考. 在过去几十年中, 研究人员受天然酶活性中心的组成和结构特性的启发, 模拟制备了一系列新型均相分子催化剂和多相催化剂, 以实现高效人工固氮. 本文综述了近年来人工光合固氮领域的重要进展, 详细分析了N2还原过程中的热力学和动力学挑战及其催化机理, 并对人工光合固氮领域所面临的挑战与未来发展方向进行了讨论.

关键词：固氮, 氨合成, 绿色化学, 人工光合作用, 氮气还原