糧食豐產的「催化劑」

氮是構成蛋白質、核酸必不可少的元素，是生命有機體的基本元素之一。農作物生長過程最需要的元素就是氮，氮也成為動物生存所必需的元素。在生物圈中，氮素和其他元素一樣處於不斷循環中。氮循環是地球上維持生命最重要的循環之一。

自然界的這種循環本可永無休止地一直進行下去，但當地球上的人口日益增多，單靠這種自然循環來提供農作物的養分明顯不能滿足需要了。這時就得人為地向耕地補充養分。化學肥料的問世可以直接通過土壤向作物施肥，從而改變了氮的循環。

氮氣在空氣中的體積含量約為78％。然而氮是一種惰性氣體，它的生物和化學性質穩定，植物不能直接利用，必須將遊離的氮結合成為硝酸鹽或亞硝酸鹽，或與氫結合成氨，才能為大部分生物所利用，參與蛋白質的合成。因此，大氣中的氮只有被固定後，才能進入生態系統，參與氮的循環。

催化合成氨改變了20世紀人類歷史

人類從18世紀開始尋找把空氣中的氮固定下來的方法。1909年，德國工程師卡爾·博施（Carl Bosch）終於找到最有效的Fe3O4催化劑，解決了這個問題。1913年，在德國建立了世界第一座合成氨廠，實現了氨的工業化生產。

催化合成氨是目前唯一具有工業規模的固定氮的方法。催化合成氨技術是20世紀人類最偉大的發明之一，它改變了世界糧食生產的歷史，也改變了以氨為原料的生產歷史，從而改變了整個20世紀人類的歷史！如果沒有這項發明，地球上將有60%的人不能生存！

合成氨催化劑研究的重大突破

傳統Fe3O4催化劑經過幾十年持續不斷的改進，人們一致得出Fe2 +/Fe3+為0.5 的磁鐵礦相催化效果最佳的經典結論（如圖1 所示）。科學家們經過近10 萬種新催化劑的探索，未能發現比Fe3O4更好的催化劑。但是由於糧食的剛性需求增長，迫切需要一種更高活性的催化劑，於是人們開始尋求新的技術突破。

1985年，浙江工業大學劉化章教授等突破了國際上沿襲80 多年的Fe3O4 具有最高活性的經典結論，發明了Fe1-xO 催化劑。這一發現標誌著合成氨催化劑研究取得了重大的突破！

世界領先的新一代Fe1-xO 催化劑是一項中國獨創、擁有自主知識產權的原創性成果，是百年來氨合成催化劑研究領域裡的一次重大突破，技術水平達到國際領先水平。其中A110-2、A301、ZA-5 等系列新型催化劑在世界上得到廣泛應用，取得巨大的經濟和社會效益，獲國家發明二等獎、三等獎、國家科技進步二等獎各1項、省部科技進步一等獎6項、發明專利20項，並發表論文400餘篇。

那麼，在三個鐵氧化物中，為什麼只有Fe3O4是最好的呢？，為什麼是Fe1-xO 而非其他催化劑有這樣的功效呢?

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