神馬根瘤菌、哈勃過程都走開吧，光催化固氮來咯！

材料牛注：美國猶他州立大學的研究人員發現一種將光驅動固氮的新方法。這一發現，有望再次引發農業革新，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。氮元素以氮氣分子的形式讓人感覺它無處不在，然而它卻扮演了吸收不了的雞肋角色！這都源于氮分子內難以破壞的超強N-N鍵。由氮分子轉變為可吸收氮化物一直是人們期待的過程。

有兩種固氮過程是為人們熟知的。一乃農業過程中細菌的生物固氮，諸君可還記得根瘤菌？另外，但凡高中念過化學，高溫高壓催化劑一氮三氫二氨（N2+3NH3=2NH3）的哈勃反應你肯定也不會陌生。一百年來，這一反應使得化肥生產發生了翻天覆地的變化，毫無疑問也對糧食生產有著巨大貢獻。

近日，第三種固氮過程問世了！美國猶他州立大學的Lance Seefeldt及其同事們發現一種將氮分子化為氨的光驅動過程。這一發現，有望再次引發農業革新。這可以縮減生產化肥的高耗能的哈博反應，意味著作為能量來源的化石燃料的使用會大大減少，碳排放量也會大大下降。

哈勃反應中，高溫和高壓的能量破壞了分子間的化學鍵，而細菌固氮過程是在自然條件下固氮化酶利用來自ATP的化學能將氮氣轉化為氨。Seefeldt說，他們的研究證實光化學能可以夠替代三磷酸腺苷（也即是ATP），將氮分子轉化為氨。這一過程與前兩種方法本質相同，也是破壞分子間的化學鍵，是一個消耗大量能量的化學過程。

當前，哈博反應生產化肥所消耗的化石能源占到其全球總供應量的2%，這無疑是很驚人的數字。因此，”第三種過程“——利用納米材料捕捉光能的過程，或許可以改變這一現狀。

該研究中，相關人員已經證實硫化鎘（CdS）納米晶體能夠光敏化固氮酶鉬鐵蛋白。這種光敏化后的鉬鐵蛋白通過捕捉光能，代替ATP加速氮氣還原，進而生成氨。

這一反應，不僅會對農業生產造成巨大的正面影響，同樣為清潔能源材料的發展提供了別樣的視角——間接的將光能儲存到化學能中，進而利用燃料電池轉化為電能。

該研究結果已于2016年4月22日發表在Science上。

原文參考鏈接：Chemists Shed Light on Global Energy, Food Supply Challenge

感謝材料人網編輯部楊洪期提供素材！