固氮作用(英語:Nitrogen fixation),簡稱固氮,指將空氣中游離態的氮(氮氣)轉化為含氮化合物(如硝酸鹽、氨、二氧化氮)的過程。可分為自然固氮以及人工固氮兩種。
自然固氮
自然固氮(Natural nitrogen fixation)是在自然狀態下(非人工),將大氣中遊離態的氮(氮氣)轉化為含氮化合物(如硝酸鹽、氨、二氧化氮)的過程。自然固氮的途徑主要有兩種:
微生物自生或與植物共生,通過體內固氮酶的作用,將大氣中的氮還原成氨的過程。
自生固氮的細菌有固氮菌、巴氏梭菌、克氏桿菌、光合細菌等。與豆科植物共生固氮的有根瘤菌。非豆科植物共生固氮的有放線菌。藍綠藻如念珠藻、項圈藻等能自身固氮,也能與其他植物如滿地紅共生固氮。此外茜草科、紫金牛科和薯蕷科中某些植物葉片上有固氮微生物共生的葉瘤。
因故氮對於植物和土壤的氮肥供應有重要作用。其機制即菌體通過固氮酶將大氣中遊離態的氮(氮氣)轉化為含氮化合物、注入到土壤中,從而提高土壤的肥力,謂之生物固氮。或大氣中遊離態的氮通過閃電等產生含氮化合物的高能固氮,謂之氣電固氮。
人工固氮
人工固氮一般指通過化學方法,使氮氣單質轉化為含氮的化合物。歷史上曾經使用伯克蘭-艾德法與弗蘭克-卡羅法,但兩者能耗大、效率低,已經停用。目前工業上最常用的是哈伯法,也就是氮氣與氫氣在高溫高壓催化劑(鐵)作用下發生化合生成氨,然後再經一系列的反應轉化為其他有價值的化合物,如硝酸、氮肥、含氮炸藥等等。
人工固氮的另一種則是仿生固氮。目前仿生固氮的研究正在進行之中,主要以雙氮配合物為基礎,用鉬和釕等過渡金屬的雙氮配合物弱化氮氮間的三鍵,從而達到固氮的目的。第一個雙氮配合物於1965年製得([Ru(NH3)5(N2)]2+)。[1]此類配合物中的雙氮配體可以只和一個金屬中心相連,也可以作兩個(或多個)金屬的橋連配體。2003年報道了首個在常溫常壓下將氮氣還原為氨的例子(見下圖),然而催化效果不理想,催化劑容易失去活性:[2][3]
![Thumb](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/d/d4/NitrogenReduction.png/640px-NitrogenReduction.png)
參考資料
外部連結
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