中国科大提出常温常压绿氨合成的标准化方案
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近日，中国科学技术大学熊宇杰教授团队提出基于等离子体和电催化耦合的绿氨合成技术的标准化实验方案。该技术仅需空气和水作为原料，利用可再生电能作为能源，能够在常温常压的条件下快速合成氨。这一标准化方案以“Plasma-coupled electrochemical ammonia synthesis from air and water under ambient conditions”为题，发表于《自然·协议》（Nature Protocols）上。
氨作为一种关键的化工原料，在化肥、聚合物及其他众多工业产品的制造中应用广泛，因此在工业中具有重要地位。然而，目前哈伯-博施法合成氨需要在高温高压的条件下进行，能耗较高，并且伴随着大量的二氧化碳排放。因此，如何在温和的条件下高效合成“绿氨”一直是能源化工领域的研究热点。熊宇杰教授团队长期致力于氨等小分子的可再生能源催化合成研究，并与中国科学院电工研究所的邵涛团队合作，成功研发了将滑动弧放电等离子体反应器与膜电极组件反应器相结合的绿氨合成技术。
图：以空气和水合成绿氨的流程图。
该技术采用“两步法”设计，即前端通过等离子体活化空气中的氮气生成氮氧化物，后端再将氮氧化物溶于水形成硝酸根，最后经电催化高选择性地还原为氨。与传统氮气还原反应相比，该技术规避了活化难、速率低的问题，同时为电催化硝酸根还原提供了稳定可控的氮源。此外，电催化反应所需的氮氧化物原料也可以从工业含氮废气中获取，这为废弃物的资源化利用带来了新的可能性。
论文详细阐述了该系统的基本原理，就催化剂制备、反应器配置、运行参数控制以及数据分析方法提供了标准化的指导。从合成钙钛矿氧化物La1.5Sr0.5Ni0.5Fe0.5O4，到搭建和联用等离子体氮氧化物生成系统和电催化还原系统，整个实验流程大约需要72小时。完整的反应运行测试需要约200小时，而原位电化学表征则需要约3小时。该研究为绿氨合成的可重复性实验和系统优化提供了可操作性的技术框架，有望推动分散式可持续合成氨技术的发展。
中国科学技术大学熊宇杰教授、天津工业大学刘敬祥教授（原中国科学技术大学特任副研究员）和中国科学院电工研究所邵涛研究员为共同通讯作者。该工作得到了中国科学院先导项目、国家重点研发项目以及国家自然科学基金等项目的资助。
论文链接：https://www.nature.com/articles/s41596-026-01332-2
（化学与材料科学学院、精准智能化学全国重点实验室、科研部）
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