固氮作用

✍ dations ◷ 2024-12-22 13:33:42 #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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