财联社（上海，编辑 黄君芝）讯，据报道，伊利诺伊大学芝加哥分校（University of Illinois Chicago，简称UIC）发明了一种太阳能(000591,股吧)电化学反应，它不仅能利用废水制造氨，这是世界上产量第二大的化学物质，而且还实现了很高的太阳能转化燃料效率，比其他类似技术都高出10倍。
UIC工程学院化学工程助理教授、首席研究员Meenesh Singh说，“这项技术和我们的创新方法在合成肥料方面具有巨大潜力，并可能对发达国家和发展中国家的农业和能源部门，以及在减少化石燃料产生的温室气体方面会产生巨大影响。”
氨是一个氮原子和三个氢原子的组合，是肥料和许多工业产品的关键化合物，如塑料和药品。目前利用氮制成氨的方法需要燃烧化石燃料产生的大量热量，以打破氮原子之间的强键，使它们能与氢结合。这个有百年历史的化学反应过程，产生了全球温室气体排放的很大一部分，而温室气体排放是气候变化的驱动力。
此前，Singh和他的同事开发了一种环保的方法，通过在水基溶液中通过带电且催化剂覆盖的筛网过滤纯氮气，从而制造氨。这个反应只使用了少量的化石燃料能量来给筛网通电，从而分解了氮原子，但它产生的氢气（80%）比氨（20%）更多。
现在，研究人员改进了这一概念，并开发了一种新方法，利用硝酸盐（最常见的地下水污染物之一）提供氮，再加上光伏提供能量。该系统产生的氨气几乎为100%，氢气副反应几乎为零。
此外，该反应既不需要化石燃料，也不产生二氧化碳或其他温室气体，而且太阳能的使用产生了前所未有的太阳能到燃料的效率，这比其他最先进的系统生产氨高出10倍。该研究成果已于近日发表在了《能源与环境科学》（Energy & Environmental Science）杂志上。
为了确定催化剂，研究人员首先应用计算理论来预测哪种金属效果最好。在通过这些模型识别出钴之后，研究小组对这种金属进行了实验，尝试不同的方法来优化它在反应中的活性。研究人员发现，氧化产生的粗糙钴表面最有利于产生选择性反应，这意味着它将几乎所有的硝酸盐分子转化为氨。
Singh说，“在太阳能系统中找到一种活性、选择性和稳定的催化剂，有力地证明了在工业规模上可持续地合成氨是可能的。反应本身是碳中性的，这对环境有好处，而且如果该系统被开发用于工业用途，它也可能对环境有几乎净负面的修复作用。”
“使用废水硝酸盐意味着我们还必须去除地表和地下水中的污染物。随着时间的推移，这意味着这一过程可能同时有助于纠正工业废水和径流水，并重新平衡氮循环，特别是在农村地区，这些地区可能面临经济不利，或因过度暴露于硝酸盐而承担最大风险。”他补充说。
事实上，大量接触硝酸盐与癌症、甲状腺疾病、早产和出生体重过低等健康状况有关。研究人员自豪地说，“我们都为这一成就感到激动，但我们不会就此止步。我们希望很快就能有一个更大的原型，我们可以用它来测试更大的规模。”
（王治强 HF013）
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