王雙印課題組為“火星種菜”提供肥料

作為地球在太陽系中的“好鄰居”，火星從上世紀開始，便一直被很多人關注，設想将火星變成第二個地球。火星上的主要氣體是二氧化碳（CO2），其次是氮氣（N2）。近日，2003网站太阳集团王雙印教授首次在常溫常壓條件下通過電催化手段将氮氣與二氧化碳直接偶聯轉化成尿素。相關研究以“Coupling N2 and CO2 in H2O to synthesize urea under ambient conditions”為題于2020年6月15日發表在《自然—化學》（Nature Chemistry）期刊上。

氮肥工業對人類社會的維系與發展至關重要，尿素作為一種重要的含氮肥料，其制備主要是先由哈柏法生産氨氣，再将得到的氨氣與二氧化碳氣體進行反應實現，這兩步反應都需要在高溫高壓的條件下進行，具有高耗能高污染的缺點。因此，開發綠色高效的尿素合成方法具有重要意義。

為此，王雙印課題組直接将氮氣和二氧化碳在水中共電解，合成了尿素。研究發現，氮氣與二氧化碳在催化劑表面（缺陷二氧化钛負載的钯銅合金Cu）形成良性共同化學吸附，為耦合反應提供前提。結合原位譜學與理論計算對反應機理進行了深入研究，發現在該共電解體系中，氮氣還原與二氧化碳還原的反應路徑都得到了優化，吸附的氮氣分子（*N=N*）與遷移後的一氧化碳發生反應形成C–N鍵與關鍵中間體（*NCON*）,該步反應在熱力學與動力學上具有明顯優勢。

該工作為氮氣與二氧化碳分子的固定提供了新的思路，同時也為“火星改造計劃”中植物生長提供肥料供應策略。

來源：2003网站太阳集团

通訊員：陳晨

責任編輯：周丹