此外，氨作為制造羥胺的原料，從氮氣中獲取氨同樣需要耗費大量能源。這主要是因為目前的工業(yè)合成氨多采用哈伯法，其制作需要在高溫高壓環(huán)境中進行，這將導致每年產(chǎn)生3億噸碳排放，消耗全球約2%的能源。

研究人員發(fā)現(xiàn)，堿性液體吸收二氧化氮的效率高，但目標產(chǎn)物羥胺在堿性溶液中并不穩(wěn)定，容易分解。并且，堿性溶液的金屬鹽也會對羥胺的分離純化帶來不利影響。

于是，研究人員對硝酸溶液進行了5小時的持續(xù)電解，最終得到含量高達2.5克每升的羥胺溶液。這驗證了延長電解時間可以提高羥胺的累積濃度，并且積累的羥胺不會被再次還原產(chǎn)生氨。

“我們通過對等離子體放電裝置和氣體吸收裝置的結構設計，實現(xiàn)了僅以空氣和水為原料，連續(xù)生產(chǎn)濃度高達7.5克每升的硝酸溶液。”曾杰說。

從硝酸到羥胺，這是一個還原的過程。然而，在氮的多種存在形式中，羥胺并不是最低價態(tài)，氨才是最低價態(tài)。也就是說，羥胺不是最終的還原產(chǎn)物，而是一個中間產(chǎn)物，氨才是最終的還原產(chǎn)物。這使得在硝酸還原制羥胺的過程中，氨成了一個有競爭性的副產(chǎn)物。

曾杰表示：“接下來，為進一步提高合成羥胺的經(jīng)濟效益，我們將從升級等離子體放電裝置和優(yōu)化高效電催化劑兩方面出發(fā)，進一步降低制硝酸的能耗，提高電合成羥胺的能量利用效率。”(完)

在這個自然現(xiàn)象的啟發(fā)下，研究人員借助等離子體放電技術，以可再生電能為驅動力，成功在常溫常壓條件下將空氣轉化為氮氧化物。

中國科學院院士、中國科學院理化技術研究所研究員吳驪珠認為：“這項工作通過等離子體放電耦合電催化過程，以空氣和水為原料，在溫和條件下成功合成了高附加值的羥胺，為發(fā)展基于電力驅動的綠色人工固氮過程提供了新范例，是氮物種可持續(xù)資源化利用的重要方向?！?/p>

曾杰介紹，工業(yè)制羥胺通常以氨為原料，以氫氣或二氧化硫為還原劑，其生產(chǎn)過程不僅會消耗大量化石資源，還會排放大量二氧化碳，造成環(huán)境污染。

可以玩21点的棋牌app中新網(wǎng)合肥4月19日電(記者吳蘭)中國科學技術大學曾杰教授、耿志剛教授研究團隊近日另辟蹊徑，以空氣和水為原料設計出一種全新的、可持續(xù)的手段成功合成羥胺。

中國科學院院士、北京大學教授席振峰表示：“該工作利用等離子體-電化學級聯(lián)途徑，成功地將環(huán)境中的空氣和水轉化為高附加值的羥胺，為化工行業(yè)提供了一種新的潛在的氮源轉化途徑。”

固氮是指將空氣中的化學惰性氮氣轉化為氨或其他含氮化合物的過程。大氣中含量高達78%的氮氣是取之不盡的氮資源。然而，氮氣分子具有很強的化學惰性，非常穩(wěn)定。

俗語稱，雷雨發(fā)莊稼。曾杰解釋，它的科學原理是，雷電產(chǎn)生的局域高壓環(huán)境會使空氣中的氮氣被氧化成氮氧化物，氮氧化物溶解在雨水中會形成硝酸鹽，而硝酸鹽可以作為氮肥被莊稼吸收，最終促進莊稼生長。

為了抑制這些競爭性副產(chǎn)物，并高選擇性的制備羥胺，研究人員在理論計算的指導下，開發(fā)出能同時抑制產(chǎn)氨和產(chǎn)氫的高選擇性制羥胺催化劑，即鉍基催化劑。在常溫常壓下，鉍基催化劑電催化硝酸還原制羥胺的產(chǎn)率達到200克每平方米每小時，羥胺在所有氮化物中的選擇性高達95%。

在傳統(tǒng)固氮過程中，將氮氣進行化學轉化，通常都需要很苛刻的反應條件，這也是現(xiàn)代工業(yè)由氮氣合成氨需要高溫高壓驅動的原因。

“在實際生產(chǎn)中，產(chǎn)物分離成本在生產(chǎn)總成本中占比很高。如果只得到低濃度羥胺，例如毫克每升甚至微克每升量級，那么制羥胺還將需要‘天價’的分離成本?！痹苷f，為了降低產(chǎn)物分離成本，就需要進一步提高羥胺在溶液中的累積濃度。

曾杰介紹，他們研發(fā)的等離子體平行電弧放電裝置，通過耦合電催化，可以在溫和條件下打破氮氣分子中的惰性化學鍵，實現(xiàn)在常溫常壓條件下的高效固氮和定向催化轉化。

等離子體放電會使空氣中產(chǎn)生一氧化氮、二氧化氮和一氧化二氮，其中，二氧化氮是制備硝酸的主要原料。為提高硝酸的制備效率，研究人員開發(fā)出一種等離子體平行電弧放電裝置。