近日，我校物理科学与技术学院刘敬祥教授团队在环境条件下绿色合成氨研究领域取得重大突破，相关研究成果以《Plasma-coupled electrochemical ammonia synthesis from air and water under ambient conditions》（环境条件下空气和水等离子体耦合电化学合成氨）为题，在线发表于国际学术期刊《Nature Protocols》。我校为该论文的共同通讯作者单位。

氨（NH3）作为现代农业化肥的关键原料和重要的无碳能源载体，其传统工业生产（Haber-Bosch法）高度依赖化石燃料，并伴随庞大的CO₂排放。随着全球双碳目标的推进，探索去中心化、可持续的绿氨生产技术成为国际化学和材料科学领域的前沿热点。

针对传统电化学氮还原反应（N2RR）中氮氮三键难以打破、法拉第效率及产氨速率低下的学术瓶颈，刘敬祥教授团队联合中国科学技术大学熊宇杰教授、中国科学院电工研究所邵涛研究员等团队，创新性地提出了一种等离子体-电化学偶联固氮（PE-N2RR）的新型系统。该系统将滑弧放电（GAD）等离子体反应器与膜电极组件（MEA）电化学反应器相结合。在实际操作中，空气首先通过等离子体系统转化为氮氧化物（NOx），随后在MEA反应器中被电化学转化为氨。这一整合策略不仅大幅降低了反应能垒，实现了空气和水的直接资源化利用，还克服了常规电化学固氮效率低下的限制。

本研究的另一个核心亮点在于催化剂的创新与规模化应用。研究团队成功开发了La1.5Sr0.5Ni0.5Fe0.5O4钙钛矿氧化物催化剂。该无贵金属催化剂不仅具备出色的电化学性能，更能在强酸性工作环境下保持极高的结构稳定性，为系统的长周期连续运行提供了坚实保障。此外，该PE-N2RR系统展现出了极强的工业适应潜力。除了利用等离子体转化空气外，该系统还可以直接利用工业废气中的氮氧化物作为反应原料。这一特性不仅为绿氨的大规模合成提供了新路径，也为工业热电厂等高耗能企业的NOx尾气治理与高附加值转化提供了切实可行的环保方案。

本项研究得到了中国科学院战略性先导科技专项、国家重点研发计划以及国家自然科学基金等多个项目的资助。该成果的发表标志着我校在新能源材料与绿色催化领域的国际影响力得到了进一步提升。

（审稿：物理科学与技术学院　成玲　编辑：党委宣传部　柳婷）

图片来源：物理科学与技术学院