光催化固氮

2019-01-10 01:49:00 知识就是力量2019年1期

朱崇恺

氮是限制植物生长的一个关键矿质营养。尽管碳和氧也很关键,但很容易被植物从土壤和空气中获得。虽然空气中含有78%的氮气,但大气中的氮是不可用的营养,因为氮气分子以强大的三键结合在一起。氮必须被“固定”,即通过自然或人为的过程转换成某种生物可利用的形式。直到20世纪初期,德国的弗里茨·哈伯和卡尔·博施才开发出大气中的氮转化为可提供营养的氨的第一个实用过程。目前世界上大部分的肥料都是用哈伯-博施工艺生产的氨制成的,而这需要大量的天然气。

科學家正在研究二氧化钛

近日,佐治亚理工学院的研究人员使用劳伦斯伯克利国家实验室的专业X射线源证实,二氧化钛在光的存在下可以催化固氮。如果可以扩大这种固氮反应,有朝一日它可能有助于规模化的化肥生产,从而减少对资本密集型集中生产设施和昂贵配送系统的依赖,降低偏远地区农民的种植成本。

佐治亚理工学院伍德拉夫机械工程学院助理教授马尔塔说:“在美国,我们有非常优秀的肥料生产和分配系统。但是,许多国家没有能力建造哈伯-博施工厂,甚至可能没有足够的运输基础设施来进口肥料。对于这些地区,光催化固氮是一个低成本的选择,可以为更多的农民提供肥料。”