以环保和节能的方式生产氨对于满足全球粮食需求至关重要。
有鉴于此，佐治亚理工学院Carsten Sievers等人，介绍了一种通过机械催化的环境条件下氨合成的新方法，即氮气和氢气在原位合成的氮化催化剂上进行催化反应。
本文要点
1）介绍了一种环境条件下生产氨的新方法。为了证明这一概念，在连续的气体流动中，通过球磨钛来机械催化合成氨。X射线粉末衍射和X射线吸收光谱证实了由钛和N2形成氮化钛。氮化钛的反应性表明，晶格氮在氨的形成中起作用。
2）通过创建瞬态微环境，可以很好地规避动力学和热力学限制。提出了一种瞬态Mars - van Krevelen机制，包括氮掺入和氮化钛加氢步骤，其中分子氮融入钛晶格和氮化钛氢化发生在不同的热力学环境中。催化循环的速率受到氮化物再生的限制，因此更稳定的氮化物有望产生更高的氨速率。
3）原位形成的氮化钛具有催化活性，氮化钛的再生反应被确定为限速步骤。初步的技术经济分析表明，该方法在分布式氨生产中是可行的。
总之，该工作证明了机械催化如何从根本上提供了新的机会来利用热力学驱动力和动力学现象的时空变化，使复杂的化学在良性条件下变得容易。可以预见，这里显示的机械催化过程可以用于其他具有类似动力学和热力学不匹配的其他反应，如甲烷部分氧化为甲醇或水煤气变换反应，为分布式化学生产开辟了新途径。
参考文献：
Andrew W. Tricker et al. Mechanocatalytic Ammonia Synthesis over TiN in Transient Microenvironments. ACS Energy Lett., 2020.
DOI: 10.1021/acsenergylett.0c01895
https://doi.org/10.1021/acsenergylett.0c01895
