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哈伯法是一种通过氮气及氢气产生氨气的方法。利用该方法生产的氨年产量为1.1亿吨,而氨是目前生产化肥的基础化学品之一。《自然》杂志在2001年提出,哈伯法是20世纪人类最关键的科学发明之一。因为有了哈伯法大量生产化肥后,预防了大规模饥饿,拯救了大约40亿人的生命。
不过,在真实的氨生产条件下,科学家还无法通过表面敏感方法对催化剂表面特性进行实验研究。在足够高的压力和温度下具有表面敏感性的实验技术尚未实现。斯德哥尔摩大学化学物理学教授安德斯·尼尔森表示,关于铁催化剂的状态是金属的还是氮化物的不同假设,以及对反应机理重要的中间物种的性质,都无法得到明确的验证。
研究人员此次建造了一台光电子能谱仪,可研究高压下的催化剂表面特性。因此,他们能观察到当反应直接发生时会发生什么,可检测反应中间体,并为反应机理提供证据。新仪器为理解氨生产催化打开了一扇新的大门。
研究人员表示,新工具可开发用于生产氨的新型催化剂材料。这些材料可更好地与电解生产的氢气配合使用,实现化学工业的绿色转型。
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