由新加坡南洋理工大学(NTU Singapore)领导的国际科学家团队设计了一种新的“更环保”的方法来制造肥料中的关键化合物，随着全球粮食需求的增加，这可能为更可持续的农业实践铺平道路。
该方法由南大研究人员设计，产生一种称为“尿素”的化合物，这是一种在哺乳动物尿液中发现的天然产物，也是工业化大规模生产以提高作物产量的肥料的必需化合物。
然而，目前用于制造尿素的 Haber-Bosch 工艺是能源密集型的，需要 500 摄氏度的温度和 200 倍海平面大气压的压力。它产生大量的 CO2排放，每年约占全球能源的 2%。
为了寻求更可持续和更节能的方法，该团队找到了一种方法来大大改进现有的尿素生产替代方法，即电催化——利用电力驱动溶液中的化学反应。
研究人员使用纳米材料氢氧化铟作为催化剂，使硝酸盐和二氧化碳发生反应，发现该过程形成尿素的效率是先前报道的使用电催化的尝试的五倍，特别是通过使化学反应以“高度选择性”的方式发生.
该研究的共同主要作者，来自南洋理工大学材料科学与工程学院 (MSE) 的 Alex Yan 教授说：“我们的方法基本上是操纵化学反应过程，使其变得‘高度选择性’。通过选择更好的催化剂，我们帮助硝酸根离子和二氧化碳分子优化定位以促进尿素的形成，同时抑制不必要的副产品(如氢气)的产生，从而提高效率和尿素产量。”
研究结果于 7 月发表在同行评审的科学期刊Nature Sustainability上，替代尿素生产方法已获得 NTU 的专利。
研究小组表示，这种生产尿素的新方法可能会激发可持续化学方法的未来设计，并有助于“更绿色”的农业实践，以养活世界不断增长的人口。
该研究反映了南大致力于解决人类在可持续发展方面面临的重大挑战，这是南大 2025 战略计划的一部分，该计划旨在加速将研究发现转化为减轻我们对环境影响的创新。
更环保、更简单，与工业方法相比具有竞争力
作为概念证明，科学家们在实验室中测试了他们设计的方法的效率，发现该方法实现了 53.4% 的尿素产率，这与 1910 年首次展示的当前 Haber-Bosch 工业方法具有竞争力.
Haber-Bosch 是一种两步热工艺，它依赖于化石燃料，并且只能在特定的高温和高压条件下发生。首先，氮和氢结合生成氨。然后二氧化碳与它结合以制造尿素。相比之下，新的南大方法更环保、更简单。它使用硝酸盐——一种需要较少能量来破坏键的化合物——二氧化碳和氢气，在室温下直接触发尿素的形成。
研究小组表示，这种新方法足够简单，可以在大尺度和小尺度上采用。电催化装置可以由农民轻松操作，为肥料生产自己的尿素。该方法也可能有朝一日完全由可再生能源提供动力。
该研究的第一作者、南洋理工大学 MSE 学院研究员 Lyu Chade 博士说：“随着太阳能技术的进步，我们未来可能会利用阳光为电催化过程提供动力，这可以进一步帮助降低全球排放。”
作为下一步，研究团队的目标是通过探索能够引发更快反应的催化剂，实现更高的产率结果并改进催化选择性。他们还计划找到一种使用太阳能为该过程提供动力的方法，并创建一个原型设备来展示尿素生产的规模化。
国际研究团队包括来自德克萨斯大学奥斯汀分校、中国科学技术大学和中国哈尔滨工业大学的研究人员。
