自然信息

常温常压下合成氨获得初步突破合成氨工业中所用的哈柏法,已有半个多世纪的历史,这一方法需用400℃以上的高温和350大气压左右的压力。据统计,目前全世界每年用此法生产约四千万吨氮肥,能量消耗极大。而在豆科植物根瘤中的固氮微生物,却能在常温常压下将空气中的氮转变为氨。化学家把常温常压下合成氨作为未来工业的美好理想,因此,近年来国际上化学模拟生物固氮的研究十分活跃。     

原子簇络合物亡(C_2H_5)_4N]_3[Mo_2FeS_8O_2]的合成、结构和性质研究

一、前言化学模拟生物固氮的根本目的是要彻底改革现行合成氨工业催化剂,其关键在于弄清固氮酶的结构与功能。铁钼辅基(简称:FeMo—co)的成功分离使固氮酶活性中心的研究进入了一个新阶段。用外延X-射线吸收精细结构方法(简称EXAFS)对钼铁蛋白和铁钼辅基中     

多相化学合成氨研究进展

氨不仅是氮肥的主要原料,亦可作为能源载体在可再生能源的储存与转化过程中发挥重要的作用.而氨的化学合成是实现这一过程的关键.现有的Haber-Bosch合成氨工业是一个高能耗过程,开发温和条件下的合成氨过程是研究人员长期以来不懈追求的目标.随着催化科学与技术的进步,人们对合成氨微观反应机理的认识不断加深,这为进一步设计和开发低温高效的合成氨过程提供了许多有益的启示.本文分析了当前合成氨化学中的挑战与机遇,重点阐述了合成氨多相催化剂及化学链合成氨过程的开发,对近期发展迅速的电、光、等离子体等外场驱动的化学合成氨方面的研究进展也进行了简要介绍,强调了规避过渡金属上线性关系的限制是实现温和条件下合成氨的有效策略.     

紫云英根瘤的分子氢再利用与固氮活性

大部分的豆科根瘤都可将ATP支持的固氮反应所生成的分子氢释放出来。由于豆科根瘤系统的固氮受光合产物供应的限制,因此,豆科根瘤的放氢被认为是一种耗能过程,导致固氮功效下降。 少数经筛选的根瘤菌,其形成的根瘤由于具有催化吸收分子氢的氢酶系统,因此不释放出分子氢;亦由于吸氢酶回收利用了固氮反应所放出的大量氢气,所以这样的根瘤就更为有     

d-Fe_2O_3:Nd_2O_3:SO_4~(2-)型固体超强酸光催化剂合成NH_3的研究

以窄带隙材料作为光催化剂进行分解水或合成氨的研究是太阳能能源开发的重要方面。1982年美国科学院院士G. A. Somorjai巧妙地以在α-Fe_2O_3中分别掺入SiO_2和MgO制得的n型及p型半导体材料作为电极,组装成光     

二维电化学合成氨催化剂的理论研究进展

常温常压下的合成氨反应对维持人类社会的可持续发展具有重要意义.在过去的几十年里,高效氮还原电催化剂的设计和开发一直是被广泛研究的课题.常见的贵金属催化剂存在着价格昂贵、选择性差和活性中心不明等问题,从而限制了电化学合成氨的实际应用.以石墨烯为代表的二维平面材料因为具有独特的物理、化学和电子特性,成为替代贵金属氮还原催化...     

共生固氮体系中最佳固氮结瘤控制模型

共生固氮体系是用以探明核酸与蛋白质之间相互关系的极好研究对象。对该体系中固氮结瘤过程的了解和控制,可望使原来不结根瘤的禾本科等经济作物也能结瘤固氮。“共生固氮体系中最佳固氮结瘤控制模型的研究”这一国家基础性研究重大关键项目,在我固有着坚实的基础,更有着美好的前景。     

中国生物固氮研究现状和展望

生物固氮是生命科学中的重大基础研究课题之一, 它在生产实际中发挥着重要作用: 为植物特别是粮食作物提供氮素、提高产量、降低化肥用量和生产成本、减少水土污染和疾病、防治土地荒漠化、建立生态平衡和促进农业可持续发展. 本文在介绍国际生物固氮研究进展的同时, 着重叙述了生物固氮研究取得的重大进展和成果: 收集了根瘤菌资源, 建立了最大的数据库, 修正和发展了国际上对根瘤菌的分类; 发现了固氮基因, 证实了克氏杆菌固氮基因操纵子的连锁性及正调控基因的调节机制和对氧、温度的敏感性; 发现苜蓿根瘤菌结瘤调控基因nodD3的产物对结瘤基因表达的启动不受宿主类黄酮的作用; 发现苜蓿根瘤菌的碳利用基因和固氮生物氮代射和碳代谢基因表达及其调节的偶联作用; 化学合成了根瘤菌的结瘤因子; 在固氮基因表达调节基础上, 构建了固氮基因工程菌株, 并在生产中得到应用; 提出了化学模拟固氮酶的结构和功能, 固氮酶活性中心的模型和合成了模型化合物, 受到了国际高度评价. 根据国际上研究的趋势并结合国内的研究进展, 提出了生物固氮研究的发展方向, 建议在联合(内生)固氮菌固氮基因调控及其提供氮素的作用, 根瘤菌与豆科植物共生结瘤固氮的信号传递和分子相互作用, 氮、碳代谢和固氮与光合作用的偶联与共生结瘤固氮中功能基因组学等方面展开积极研究.     

三明治结构金属有机框架复合材料的微环境调控优化光催化制氢

<正>太阳能光催化制氢是有希望解决全球能源危机的可行性手段,提高人工光催化剂的效率是该领域面临的核心问题.由于催化位点与周围微环境之间的协同作用,天然酶表现出超高的催化效率.受此启发,研究人员在热催化剂的催化位点周围制造合适的微环境,有效提高了催化效率^[1～6].     

固氮合成氨有了高效光催化剂

<正>中国科学技术大学熊宇杰教授团队,通过金属氧化物光催化剂的缺陷工程调控,有效地提高光催化固氮合成氨的效率。该成果日前在线发表于国际化学重要期刊《美国化学会志》上。科研人员将钼原子掺杂在催化剂的缺陷位点处,实现了光催化体系中氮分子的高效活化。一方面,钼掺杂提升了催化剂缺陷能级,减少了电子能量驰豫过程带来的能量     

铁酞菁-石墨-钾体系催化合成氨的研究

近来,我们对铁酞菁-石墨-钾体系催化合成氨作了初步研究,现简介如下。一、催化剂的制备用2克石墨粉与190毫克铁酞菁均匀混合,在5×10~(-5)毫米汞柱的高真空中加热,在550℃下把铁酞菁真空蒸发在石墨粉上。然     

几种固氮蓝藻的固氮酶活性及其某些特性

自1965年采用乙炔还原法在色谱仪上测定固氮生物的固氮能力之后,各种固氮生物的固氮作用得到了广泛的研究。在固氮蓝藻方面,有一些工作者测定了几种蓝藻的完整细胞和没有细胞的抽提液酶活性,以及其固氮酶的一些     

水滑石多尺度结构精准调控及其光驱动催化应用研究

水滑石(LDHs)具有独特的层状结构、可调的组成、可控的粒径大小和形貌、简单的合成方法、易于放大生产制备等特点,使其具有丰富的可调控性;进一步经过拓扑转变,可制备得到复合金属氧化物、负载型金属催化剂,为设计具有能带结构适宜、表界面结构丰富的绿色、高效纳米催化剂提供了广阔的平台.针对温和条件下H-O,C=O,N≡N,C-C键光驱动催化活化,本文围绕"水滑石多尺度结构精准调控及催化过程强化"的主题,通过对水滑石微观精细结构、介观异质界面结构、高分散催化剂分散特性等方面进行精准调控,实现了水滑石基催化剂在光驱动分解H_2O,还原CO_2, CO加氢制高碳烃、合成氨以及降解环境污染物等反应的强化;揭示了基于能带、缺陷、界面可控的水滑石基材料制备-结构-光驱动催化性能之间的关系,从而为实现太阳能高效转化提供思路.     

催化研究的进展

催化现象由来已久,早在古代,我国劳动人民就知道通过发酵从淀粉及糖来制酒.至于近代,几乎大部分的化工产品,在其生产过程中均采用催化加工工艺.在化学工业中,催化剂起着极其重要的作用,以至于有人说:“没有催化剂就不能建立现代化学工业.”催化合成氨、甲醇以及石油炼制各种石油化学产品等许多化工过程,都明显地证明这种事实. 新的催化工艺将导致新的化工过程,举例来说,早     

植物固氮研究新进展

植物固氮研究新进展有些植物——主要是豆科植物——可让农民们少费不少心、这些植物在它们的根部长有能够自己固氮的瘤，而其余的植物则必需要施肥。科学家们已经试验了多年——不过还没有成功——试图让非豆科植物也长出固氮瘤。然而，研究人员知道，豆科植物的这种本领...     

基因nifA经转座子Tn5整入阴沟肠杆菌E26及催娩克氏杆菌NG13基因组的试验

根际固氮细菌与禾谷类作物水稻、小麦、玉米等的联合固氮的研究表明,由于根际固氮细菌的活动而使植物有不同程度的增产。 先前已有报道丘元盛等及Yoo等分别分离到能与水稻联合固氮的阴沟肠杆菌(Enterobacter cloacae)E26和催娩克氏杆菌(Klebsiella oxytoca)NG13,这二株水稻根际固氮     

固氮细菌找到新寄主

研究人员促成了固氮根瘤菌到包括稻子在内的非豆科植物的根际安家结瘤.固氮根瘤菌是一种极其特别的细菌.除个别例外,它们只能在豆科植物例如大豆,苜蓿和刺槐的根部结瘤固氮.这种细菌,摄取在空气中无用的氮气,并将其转化成氨和植物的其他营养成份.实际上,细菌是为     

棕色固氮菌固氮酶对基质还原的动力学研究

所有来源的固氮酶都是钼铁蛋白和铁蛋白两种组分的复合体。所有的固氮酶既能还原分子态氮,还能还原其他一些基质,包括乙炔、氰化物和迭氮化物等。由于固氮酶具有这些突出的特性,因此动力学研究显得十分重要,早就引起国外学者们的注意。要深入研究固氮酶活性部位络合催化的机理,动力学参数是不可缺少的基本资料,然而前几年国外文献报道的数值差别却很大。尤其从固氮酶钼铁蛋白结晶成功之后,尚未见到国内外采用钼铁蛋白结     

巴西固氮螺菌GlnB与NifA蛋白N端结构域的相互作用

巴西固氮螺菌(Azospirillum brasilense)可与多种重要作物联合固氮, 具有作为生物肥料的潜能. 固氮基因(nif)的转录激活蛋白NifA和PⅡ信号转导蛋白家族成员GlnB是参与该菌固氮调控的两个关键蛋白, 且NifA的活性调控依赖于GlnB. 研究结果表明, 在无氮条件下GlnB与NifA蛋白N端结构域存在相互作用, 且N端18和53位酪氨酸突变为苯丙氨酸的NifA与GlnB的互作增强. 研究还发现, NifA蛋白N端66~88位和165~176位氨基酸区域对于与GlnB蛋白的相互作用是必需的.     

禾本科/豆科间作促进豆科共生固氮机理研究进展

综述以往研究发现,大多数禾本科/豆科间作都会显著增加豆科作物的固氮比例(%Ndfa),并认为这种增加是由于禾本科作物对豆科作物根际氮素的耗竭作用引发的.但豆科作物体内通常会在氮磷之间保持稳定的化学计量关系,豆科作物共生固氮的增加会使作物生长受到磷的限制.在这种磷素限制条件下豆科作物会被激发出潜在的磷吸收策略,即通过根系分泌物或丛枝菌根真菌增加对土壤磷素的获取满足其自身固氮对磷素的大量需求,进而增强豆科作物自身的结瘤及固氮.此外,随着分子生物学技术的发展,新近研究发现禾本科作物根系分泌物能上调豆科根部关键结瘤基因NODL4, ENODL2, ENOD93,固氮基因FixI3,查尔酮-黄酮异构酶CFI基因和生长素响应基因GH3.1的表达,这些基因超量表达可促进豆科作物类黄酮物质的分泌、根毛卷曲、结瘤并促进豆科作物固氮.间作作物间通过根际氮素耗竭作用、磷素活化作用以及固氮基因分子调控等三个层面上互相偶联来促进间作系统氮素吸收、优化氮素利用效率和提升作物产量,这些研究对促进和发展禾本科/豆科间作固氮理论体系具有重要指导意义.