神马根瘤菌、哈勃过程都走开吧，光催化固氮来咯！

材料牛注：美国犹他州立大学的研究人员发现一种将光驱动固氮的新方法。这一发现，有望再次引发农业革新，大大降低化石燃料的使用。

氮元素是所有生物不可或缺的生命元素。氮元素以氮气分子的形式让人感觉它无处不在，然而它却扮演了吸收不了的鸡肋角色！这都源于氮分子内难以破坏的超强N-N键。由氮分子转变为可吸收氮化物一直是人们期待的过程。

有两种固氮过程是为人们熟知的。一乃农业过程中细菌的生物固氮，诸君可还记得根瘤菌？另外，但凡高中念过化学，高温高压催化剂一氮三氢二氨（N2+3NH3=2NH3）的哈勃反应你肯定也不会陌生。一百年来，这一反应使得化肥生产发生了翻天覆地的变化，毫无疑问也对粮食生产有着巨大贡献。

近日，第三种固氮过程问世了！美国犹他州立大学的Lance Seefeldt及其同事们发现一种将氮分子化为氨的光驱动过程。这一发现，有望再次引发农业革新。这可以缩减生产化肥的高耗能的哈博反应，意味着作为能量来源的化石燃料的使用会大大减少，碳排放量也会大大下降。

哈勃反应中，高温和高压的能量破坏了分子间的化学键，而细菌固氮过程是在自然条件下固氮化酶利用来自ATP的化学能将氮气转化为氨。Seefeldt说，他们的研究证实光化学能可以够替代三磷酸腺苷（也即是ATP），将氮分子转化为氨。这一过程与前两种方法本质相同，也是破坏分子间的化学键，是一个消耗大量能量的化学过程。

当前，哈博反应生产化肥所消耗的化石能源占到其全球总供应量的2%，这无疑是很惊人的数字。因此，”第三种过程“——利用纳米材料捕捉光能的过程，或许可以改变这一现状。

该研究中，相关人员已经证实硫化镉（CdS）纳米晶体能够光敏化固氮酶钼铁蛋白。这种光敏化后的钼铁蛋白通过捕捉光能，代替ATP加速氮气还原，进而生成氨。

这一反应，不仅会对农业生产造成巨大的正面影响，同样为清洁能源材料的发展提供了别样的视角——间接的将光能储存到化学能中，进而利用燃料电池转化为电能。

该研究结果已于2016年4月22日发表在Science上。

原文参考链接：Chemists Shed Light on Global Energy, Food Supply Challenge

感谢材料人网编辑部杨洪期提供素材！