材料研究让化工生产更流绿色

药品染料、颜料原子经济性：往往用于活化的物质生成了副产物，这一副产物可能是有污染或者有安全隐患的。生活中的含氮化合物：药物（80%含氮原子）、化肥（尿素）农药、染料分子中（偶氮）、LED灯（氮化镓）。自然界中的固氮过程：打雷（空气中单分子变成氮氧化合物）经过根瘤菌和土壤细菌、或者生物腐烂后（氮气变成氨），进入食物链；经过硝化细菌或者反硝化菌变成含氮化合物。人工固氮的发展：（1）首先，利用氢气讲氮气分子活化，温度压力升高不能做到，但是上个世纪有了催化剂的帮助，可完成。催化剂将惰性物质活化。（2）其次，流程：氮、氨、硝酸、含氮化学品、材料。比如一个苯系物，先通过硝酸引入硝基基团，再将硝基中的氧换成H，变成氨基。每一步都需要催化。例1.扑热息痛的制备中一步是硝基还原变氨基，之前用铁作催化剂，生成1吨产品产生6吨铁泥，应淘汰这些高污染的工艺。绿色办法，使用氢气，产生水即可。催化剂是关键。例2.另外，催化剂的选择性很关键。响水爆炸事件，由间二硝基苯生成间二苯胺，把两个硝基变成两个氨基比较难。容易出现：（1）容易出现只有一个硝基变氨基的情况（2）或者变成羟胺的情况（-NHO基团），与另一分子反应导致焦油产生，易燃副产物，堆积导致爆炸起火。后果：化工园区关闭，日常需要的化工品短缺，工业链条中断。针对多相催化机理不明确、选择性差，该怎么办呢？探索发现1：把催化剂做小（纳米的尺寸效应、形貌效应、载体、界面、组成效应等）。表征技术：看清颗粒和原子排列，但是眼见不一定为实。（例子，水煤气变换反应，产生的氢气用于合成氨，使用金催化剂，一直认为是纳米颗粒导致催化作用，后来发现金刻蚀去掉后催化效果依旧，所以纳米颗粒不是活性物质，也就是看到的不一定的结果的真正原因）缺乏有效眼睛，瞎子摸象（只是把看到的与结果联系起来）。针对多相催化机理不明确、选择性差，该怎么办呢？探索发现2：催化剂的原子分子尺寸上看到有顶点、棱，面，结构特点完全不同，所以导致的产品不同，不好控制。针对多相催化机理不明确、选择性差，该怎么办呢？解决方法1：规整的单晶表面先做出来，比较下哪个表面好？但是问题是：材料的鸿沟（特征的弱化问题）；压力不同（小比表面上的作用检测需要采用实验高真空、实际高压）；针对多相催化机理不明确、选择性差，该怎么办呢？解决方法2：做一摸一样的催化剂，二氧化碳转化的催化剂，其中让几批次的催化剂的所有参数都相同，只是让黄金和铜的有序排列情况不同，看排列的影响。解决方法2：通过纳米催化材料的表面修饰，让有机物在纳米颗粒表面反应得更有选择性、更绿色。例子：硝基芳香化合物的防脱卤催化剂-将硝基还原，但是不要让卤素掉下来，否则质量不合格价格低廉，关键在于避免环状物趴在催化剂表面，不让她被扯断键。产品品质高、污染物少。针对多相催化机理不明确、选择性差，该怎么办呢？针对多相催化机理不明确、选择性差，该怎么办呢？制作表面原子排列明确的铂纳米立方块，表面修饰了有机化合物，导致反应物躺不下去，但是氢气可以在缝隙中穿梭，一个氢分子变成两个质子和两个电子（与自然界还原酶作用相同，不同于普通化工