新型催化剂 助力高效绿色制备氨气

科技日报讯 （通讯员周伟 记者金凤）氨是世界上最重要的基础化学品之一，在现代工农业生产中具有广泛用途。但传统的合成氨工艺需要在高温高压条件下进行反应，能耗高且造成大量温室气体排放。目前，能够在常温常压下实现氨合成的电催化合成氨技术，被公认为是一种绿色节能的高效碳减排技术。其中，设计制备高活性和稳定性的电催化剂是该技术实用化的关键。

近日，南京工业大学吴宇平教授课题组联合武汉理工大学的赵焱教授课题组最新研究证明，新型单原子催化剂“钼单原子负载的二维磷化硼催化剂”是一种很有前途的电催化合成氨催化剂，有望大幅提高制氨的产率，减少物料和能量的浪费。相关成果发表于《能源与环境材料》上。

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目前，在全球低碳经济和我国可持续发展战略理念的影响下，开发新型绿色合成氨技术替代传统合成氨工艺是当今的研究热点之一。其中，电催化还原氮气合成氨技术具有独特的优势，被公认为是一种能够在常温常压下实现氨合成的绿色节能高效技术。

“电催化合成氨技术实用化的关键，是要设计制备出高活性和高稳定性的电催化剂。为了筛选出这样的催化剂，我们用缺陷二维磷化硼（BP）作为载体材料，然后将12种过渡金属单原子分别负载于BP上，从中筛选出新型单原子合成氨催化剂。”吴宇平介绍，团队通过研究筛选发现，钼单原子负载的二维磷化硼催化剂材料，不仅具有高效的氮气活化还原合成氨能力，同时在抑制析氢竞争反应等方面性能同样突出。

“合成氨本质上是一种还原反应。氮气分子在常温常压下具有一定的惰性，钼单原子负载的二维磷化硼催化剂材料可以使其活化，从而促进还原反应过程；并且这种催化剂还能减少反应过程中氢气的释放，抑制析氢竞争反应。”论文第一作者、南京工业大学博士研究生刘再春解释，相关研究证明，新催化剂对发展高效碳减排合成氨技术具有重要意义。