华南理工大学在人工固氮方面取得重大研究进展

广东基础研究 · 公众号 · · 2018-12-21 15:56

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为题在线发表了华南理工大学在人工固氮方面的重大研究进展。该论文第一作者为华南理工大学博士研究生罗亚茹、陈高峰，通讯作者为华南理工大学丁良鑫研究员和王海辉教授。华南理工大学为论文的唯一完成单位。

氨是人们生产生活最重要的化工原料之一。自20世纪初以来，工业上合成氨主要依赖于 Haber-Bosch技术(Fritz Haber 和 Carl Bosch 因合成氨分别于1918年和1931年获得诺贝尔奖)，但该技术虽经100多年的发展，仍需在高温高压下进行 (300~500 oC、200~300 atm) ，所需能耗极大，其年均能耗约占到世界能源总消耗的1~2%。因此，非常有必要寻求在温和条件下将 N2 还原为 NH3 的有效固氮方法，以缓解合成氨对能源和环境带来的负面影响。

相比 Haber-Bosch法，电催化氮还原固氮理论上可在常温常压下进行，并且原料水和氮气来源广泛，被认为是一种潜在的合成氨替代技术。然而，由于氮活化涉及非常强的三键 (N≡N) 断裂，在动力学上非常难于进行，而且由于析氢电位和氮还原电位非常接近，析氢作为竞争反应会严重制约氮还原合成氨的效率。迄今为止，虽然许多努力致力于优化催化剂的活性以获得可接受的氮还原活性，但目前在环境条件下涉及氮还原反应的动力学过程依然非常缓慢且选择性超低(真实电流效率普遍小于1％)。因此，开发高效的氮还原催化剂依然是常温常压下人工固氮的主要挑战。