《生物炭在化学链制氨过程中的反应特性及机理研究》文献综述
研究背景
氨是一种有强烈刺激气味的无色气体。极易溶于水。氨有很广泛的用途，它是制造硝酸、化肥、炸药的重要原料。同时，它是许多食物和肥料的重要成分，对地球上的生物相当重要。氨也是所有药物直接或间接的组成。在有机方面氨被广泛应用于合成纤维、塑料、染料、尿素等。除此之外，氨气的理论燃烧产物是氮气和水，对生活环境完全没有影响。在节能减排和可持续发展为首要任务的今天, 开发清洁高效的“绿色”合成氨工艺尤为重要和迫切。
全球每年产氨量约有130亿吨，大约90%的氨都是通过哈-伯法制得，即将氮气和氢气在高温高压（700℃，30MPa）与催化剂的作用下合成[1]:
由于热力学平衡的限制，该反应在高温下的转化率较低，只有25％～30％[2,3]。因此，需要一种转化率更高的新型合成氨方法。
目前，氨合成方法有很多，主要包括多相催化、电催化、光催化和化学链等。多相催化法主要是在哈-伯法中通过加入不同元素来催化合成氨，研究人员对大多数元素的多相催化合成氨活性已经进行了深入的研究[4]。目前工业合成氨主要选择的催化剂是Fe、Ru等活性金属元素，但其使用成本也相应增加了；电化学合成法通过熔融盐作为电解质使N2/H2O在电极表面分解，形成N3/H ，然后在液体中彼此扩散并形成NH3[5]。电化学合成法虽然可以实现NH3的合成，然而在反应过程中产生了包括H2、氮氧化物以及氮化物等副反应产物，而电化学合成氨的量却非常少，难以在实际中应用；光催化合成氨法主要原理是催化剂吸收光能以产生激发的电荷载流子，导致电子空穴的产生并迁移到表面反应活性位点，以及光诱导电子与N2反应并吸收水反应生成的H质子形成NH3[6]。该方法的缺点是转化效率较低，很难满足工业的需求。因此，目前来讲发展前进最好的还是化学链制氨法，通过来源广泛的碳来进行固氮反应进而生成氨气，在环保以及可持续发展方面均有很好的潜力。
化学链制氨技术
化学链制氨。其基本反应如下：
由于N2分子比较稳定，从热力学与动力学的角度来说，该反应难以实现。有人提出将该反应分解成两步反应，即化学链合成法。使用Al2O3/AlN作为载氮体，使得N元素从N2到载氮体再到NH3中的迁移，促进化石能源中的能量转移到氨气中[7]。吸氮反应和释氮反应分别如下：
吸氮反应：
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