科学家利用硼自由基将溶液中的氮转化为氨

工业上通常使用哈伯-博世工艺获得氨，这需要大量的能源和氢气。现在一个研究小组在《Angewandte Chemie》杂志上报告了一种更为温和的方法。根据这项研究，活性硼化合物可以有效地针对大气中的氮气，并在加入一种酸后将其转化为氯化铵。这种转化在溶液中进行，在室温下进行，而且不需要金属或氢气。

氮气占我们呼吸的空气的77%，因此在理论上，它几乎可以无限地用于合成氨。然而，在实践中，它只与其他元素发生极其缓慢的反应。在100多年前开发的哈伯-博世工艺中，金属催化剂加速了这种迟缓的反应。它们激活了氮气，然后在高压和高温下与氢气反应，得到氨气。

温和的氨气合成

氨在工业上用于生产硝酸盐化肥。当氢气被用作能源时，它也可以被用作氢气储存。迄今为止，用于固氮的微生物方法一直是为哈伯-波什工艺提出的主要的温和替代方法。然而，利用细菌进行生物技术氨的生产仍然是相当低效的。

由法国图卢兹的保罗-萨巴蒂埃大学（Université Paul Sabatier, CNRS）的Nicolas Mézailles领导的一个研究小组现在发现，活性硼化合物可以非常有效地瞄准和激活分子氮。该团队解释了他们最初的想法。"我们推断，使用高能自由基可能为氮的功能化提供一个动力学和热力学上的有利途径"。

研究小组的理论计算随后强调了以硼为中心的自由基是合适的候选。研究人员通过向有机卤化硼添加强还原剂来产生这些硼心自由基，由此产生的物质在室温下将分子氮转化为硼胺，而硼胺又与水酸反应，得到氯化铵。

Mézailles和该团队现在描述了一种利用自由基化合物在溶液中固氮的新方法。研究人员观察到，他们产生的以硼为中心的自由基有效地分解了分子氮中稳定的三键，使得在温和条件下使分子氮功能化成为可能。这种基于自由基的方法为氨的生产开辟了进一步的可能性，而不需要依赖化石原料。