新型催化剂有助于高效绿色制氨

氨是世界上最重要的基础化学品之一，广泛应用于现代工农业生产中。然而，传统的合成氨工艺需要在高温高压下反应，导致能耗高、温室气体排放量大。目前，电催化氨合成技术是公认的绿色、节能、高效的碳减排技术，可在常温常压下实现氨合成。其中，设计和制备高活性、高稳定性的电催化剂是该技术实际应用的关键。

近日，南京工业大学吴玉平教授和武汉理工大学赵岩教授的最新研究证明，新型单原子催化剂“钼单原子负载二维磷化硼催化剂”是一种很有前途的电催化氨合成催化剂，有望大幅提高氨生产收率，减少材料和能源的浪费。相关结果发布于《能源与环境材料》。

当前，在全球低碳经济和中国可持续发展战略的影响下，发展绿色合成氨新技术替代传统合成氨技术是研究热点之一。其中，电催化还原氮制氨具有独特的优势，被公认为是一种绿色、节能、高效的常温常压下可实现氨合成的技术。

“电催化氨合成技术实际应用的关键是设计和制备高活性、高稳定性的电催化剂。为了筛选出这样一种催化剂，我们采用有缺陷的二维磷化硼(BP)作为载体材料，然后在BP上负载12种过渡金属单原子，筛选出了一种新型的单原子氨合成催化剂。”吴玉平介绍，通过研究筛选，团队发现钼单原子原子负载的二维磷化硼催化剂材料不仅具有高效的氮活化和还原合成氨的能力，而且在抑制析氢竞争反应方面也有突出表现。

“合成氨本质上是一个还原反应。氮分子在常温常压下是惰性的，钼单原子负载的二维磷化硼催化剂材料可以活化它们，从而促进还原反应过程。而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。”本文第一作者、南京工业大学博士生刘解释说，相关研究证明，新型催化剂对高效碳减排氨合成技术的发展具有重要意义。