德国研究团队磁场技术使氨产量最高提升三倍

德国研究人员开发出一种通过在电催化剂制造过程中施加磁场的技术，可显著提高氨产量。这一进展有望提升化学工业效率、降低能耗，并推动可持续肥料的发展。

该研究由柏林亥姆霍兹中心（Helmholtz-Zentrum Berlin）的Marcel Risch和科隆大学（Universität zu Köln）的Sanjay Mathur领导的团队完成。团队在钴铁氧体（CoFe₂O₄）薄膜的化学气相沉积过程中施加1特斯拉磁场，发现这改变了材料组织结构，使薄膜表面更粗糙，形成更多可供化学反应的活性位点。

氨是现代农业的关键物质，主要生产方法哈伯-博世法（Haber-Bosch）消耗全球能源总产量的1%至2%，并占全球每年温室气体排放量的约1%。因此，任何氨生产技术的改进都备受关注。

实验中，研究人员观察到磁场制备的材料展现出有利于催化性能的特征。理论计算显示，材料中存在的Co²⁺离子有助于减少降低效率的竞争反应。在磁场影响下制备的CoFe₂O₄薄膜产氨量比纯氧化铁样品高出22倍；在某些测试场景下，氨产量提升了3倍。一个关键发现是，即使移除磁场，这些性能增益依然存在，增强了技术的工业应用潜力。

为了深入分析，团队使用了先进的电子显微镜技术。结果显示，磁场强度直接影响材料表面粗糙度：场强越大，可用的反应表面积越大，从而促进反应物与催化位点的接触。

全球大部分氨用于农业，该技术对可持续肥料的发展具有重要意义，因为降低制造能耗可减少农业投入品的环境足迹。此外，研究人员指出，将磁场作为控制变量引入为先进材料开发提供了新方法。尽管距商业应用仍有距离，该研究表明在催化剂制造中使用磁场可能在下一代高效化学过程中发挥重要作用。