RIKEN的电化学家找到了一种方法，可以使用相同的催化剂将亚硝酸盐选择性地转化为其他四种含氮化合物中的一种。这可能有助于用可再生能源驱动的电化学工艺取代化石燃料密集型工业工艺。

一种催化剂高选择性生成四种含氮产物

如今，碳在新闻中占据主导地位，公众对化石燃料燃烧导致的自然碳循环中断所带来的问题有很高的认识。但是，元素周期表中碳的邻居氮受到的关注要少得多，尽管它的自然循环受到干扰会引发许多环境问题。

“氮循环一直没有得到认真研究，”RIKEN可持续资源科学中心的RyuheiNakamura说。“但它对农业至关重要，它的破坏会导致严重的生态问题，例如有害的藻类大量繁殖以及空气和水污染。”

造成这些问题的一个主要原因是，用于生产化肥和其他重要含氮化合物的工业过程只在一个方向上驱动循环，破坏了它的平衡。“为了恢复平衡，需要能够在循环的不同部分选择性地生产含氮化合物的工业过程，”中村说。“但到目前为止，这在实践中很难实现。”

现在，Nakamura和他的同事已经展示了一种电催化过程，使用单一催化剂可以将亚硝酸盐转化为一氧化氮(NO)、一氧化二氮(N2O)、分子氮(N2)或铵(NH4+)，具体取决于在三个容易变化的实验参数上。

重要的是，这些目标化合物以高百分比(选择性)生产，可与针对单一目标化合物优化的特定催化剂获得的产品相媲美。

该团队成功的秘诀在于能够分别而不是同时转移质子和电子。通常，电子和质子在电催化反应中同时交换，但该团队采用了一种新策略，允许电子和质子依次交换。这使他们能够为每次转移定制条件。

“这种新方法可以更好地控制反应，并且有很大的潜力将其应用于其他化学系统，”Nakamura说。“我们的工作表明，即使在复杂的反应网络中使用单一催化剂，也有可能实现对产品选择性的高度控制。”

Nakamura指出，鉴于日本高度依赖进口化肥且粮食生产自给率低，利用可再生能源生产化肥的能力对日本尤为重要。

该论文发表在《自然催化》杂志上。

该团队现在打算将氮循环的电化学调节应用于养鱼场，在那里硝酸盐和亚硝酸盐在海底的积累会导致赤潮。