固氮作用

✍ dations ◷ 2025-08-06 13:44:13 #固氮作用
固氮作用(英语:Nitrogen fixation),简称固氮,指将空气中游离态的氮(氮气)转化为含氮化合物(如硝酸盐、氨、二氧化氮)的过程。可分为自然固氮以及人工固氮两种。自然固氮(Natural nitrogen fixation)是在自然状态下(非人工),将大气中游离态的氮(氮气)转化为含氮化合物(如硝酸盐、氨、二氧化氮)的过程。自然固氮的途径主要有两种:微生物自生或与植物共生,通过体内固氮酶的作用,将大气中的氮还原成氨的过程。自生固氮的细菌有固氮菌、巴氏梭菌、克氏杆菌、光合细菌等。与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线菌。蓝绿藻如念珠藻、项圈藻等能自身固氮,也能与其他植物如满地红共生固氮。此外茜草科、紫金牛科和薯蓣科中某些植物叶片上有固氮微生物共生的叶瘤。固氮对于植物和土壤的氮肥供应有重要作用。其机制即菌体通过固氮酶将大气中游离态的氮(氮气)转化为含氮化合物、注入到土壤中,从而提高土壤的肥力,谓之生物固氮。或大气中游离态的氮通过闪电等产生含氮化合物的高能固氮,谓之气电固氮。人工固氮一般指通过化学方法,使氮气单质转化为含氮的化合物。目前工业上最常用的是哈伯法,也就是氮气与氢气在高温高压催化剂(铁)作用下发生化合生成氨,然后再经一系列的反应转化为其他有价值的化合物,如硝酸、氮肥、含氮炸药等等。人工固氮的另一种则是仿生固氮。目前仿生固氮的研究正在进行之中,主要以双氮配合物为基础,用钼和钌等过渡金属的双氮配合物弱化氮氮间的三键,从而达到固氮的目的。第一个双氮配合物于1965年制得(2+)。此类配合物中的双氮配体可以只和一个金属中心相连,也可以作两个(或多个)金属的桥连配体。2003年报道了首个在常温常压下将氮气还原为氨的例子(见下图),然而催化效果不理想,催化剂容易失去活性:

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