温和条件下氨的高效合成


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温和条件下氨的高效合成

郭建平¹, 鄢俊敏², 张礼知³, 陈萍¹

¹ 中国科学院大连化学物理研究所, 中国科学院洁净能源创新研究院, 能源材料化学协同创新中心(iChEM), 辽宁大连 116023;
² 吉林大学材料科学与工程学院, 汽车材料教育部重点实验室, 吉林长春 130022;
³ 华中师范大学化学学院, 环境与应用化学研究所, 农药与化学生物学教育部重点实验室, 湖北武汉 430079

通讯联系人. 陈萍, 电话: (0411)84379905;传真: (0411)84379583;电子信箱: pchen@dicp.ac.cn

基金来源：国家自然科学基金(21633011, 21425728, 21872061)

摘要：合成氨工业关乎粮食生产、能源安全和环境保护，在国民经济中占有非常重要的地位.而建立在Haber-Bosch工艺基础上的合成氨工业是一个高能耗、高碳排放过程.随着对可持续发展和节能减排的迫切需求，传统合成氨工业的转型升级势在必行.针对这一重大社会需求，基于可再生能源的“绿色”合成氨新技术、新工艺正成为研发重点与热点.近年来，研究人员在多相催化、电/光催化、化学链合成氨等领域取得了诸多进展，提出了许多新的思路，为这一极具挑战性的研究课题注入了新的活力.本文就这些领域的研究现状及面临的挑战进行了分析，并简要介绍了国内外最新研究进展.

关键词：合成氨多相催化化学链电催化光催化

Ammonia Synthesis under Mild Conditions

GUO Jianping¹, YAN Junmin², ZHANG Lizhi³, CHEN Ping¹

¹ Dalian National Laboratory for Clean Energy, Collaborative Innovation Center of Chemistry for Energy Materials, Dalian Institute of Chemical Physics, Chinese Academy of Sciences, Dalian 116023, Liaoning, China;
² Key Laboratory of Automobile Materials of Ministry of Education, College of Materials Science and Engineering, Jilin University, Changchun 130022, Jilin, China;
³ Key Laboratory of Pesticide and Chemical Biology of Ministry of Education, Institute of Environmental and Applied Chemistry, College of Chemistry, Central China Normal University, Wuhan 430079, Hubei, China

Corresponding author. CHEN Ping, Tel: +86-411-84379905; Fax: +86-411-84379583; E-mail: pchen@dicp.ac.cn

This work was supported by the National Natural Science Foundation of China (21633011, 21425728, 21872061)

Abstract: Ammonia synthesis process has a great impact on food production, energy security and environmental protection. The industrial ammonia synthesis based on the Haber-Bosch process, however, is an energy consuming and high emission process. Increasing efforts have been devoted to the development of new technologies and processes for "green" ammonia synthesis driven by renewable energies under mild conditions. In recent years, encouraging progresses have been made in the fields of heterogeneous catalysis, chemical looping, electro-and photo-chemical ammonia production, with significant advancements in fundamental understanding and breakthroughs. In this paper, the research status and challenges in this field are analyzed, and the recent achievements are highlighted.

Key words: ammonia synthesis heterogeneous catalysis chemical looping electro-catalysis photo-catalysis

人类的生存与发展依赖于合成氨工业.氨是氮肥的主要原料, 滋养了全世界约50%的人口; 氨亦是人工合成几乎所有重要含氮化学品的氮源.近年来, 氨又因其能量密度高而被认为是一种重要的能源载体(见图 1).据统计, 2017年全球氨产量为1.5亿吨, 预计2050年将达到2.7亿吨.我国是合成氨大国, 氨产量约占全球氨产量的30%.目前工业合成氨过程采用Haber-Bosch(H-B)工艺, 需在高温高压条件下实施, 消耗全球能源供应总量的1%–2% ^[1]; 同时由于该过程需要使用大量的化石资源进行制氢和供能, 每年排放大约6.7亿吨二氧化碳^[2].在节能减排和可持续发展为首要任务的今天, 以可再生能源驱动的“绿色”合成氨新技术(以下简称RE-NH₃)的研发极为重要和迫切.当前可再生能源的利用面临因间歇性、波动性、并网难而造成的大量弃风、弃光等问题.而将可再生能源用于氨的生产, 则有利于可再生能源的充分转化利用和氨的“绿色”合成, 并可彰显氨为能源载体的属性(图 1), 这对我国构建清洁、低碳能源与工业体系具有非常重要的意义. RE-NH₃是近几年国际能源研究机构以及发达国家和企业竞相部署的科研任务.

图 1 以化石能源供氢(能)的H-B合成氨和可再生能源驱动的RE-NH₃过程 Fig. 1. The conventional Haber-Bosch ammonia synthesis process and the RE-NH₃ process driven by renewable energy

与传统大规模、高度集成的H-B过程相比, RE-NH₃具有小型化、分布式等特点, 因而对低压和中低温反应条件要求更高.合成氨这一发展需求重新激发了科研工作者挑战“温和条件下氨的高效合成”这一世纪难题的热情.近期, 合成氨研究再次成为催化、材料、能源等领域的研究前沿与热点; 新材料、新策略、新过程不断产生, 在学术界形成了竞相发展的局面.中国学者在此领域做出了有代表性和引领性的研究成果.

目前对RE-NH₃的研究主要聚焦于热催化、电催化、光催化和化学链合成氨等^[3].下面分别对这几个领域的研究现状、进展及挑战进行介绍.

1 多相催化合成氨

尽管H-B合成氨工艺已趋于成熟, 寻找更加高效的催化剂及工艺过程是研究人员从未间断的研究课题. 1992年, 英国BP公司和美国Kellogg公司联合开发了第二代钌基合成氨催化剂及其生产工艺(Kellogg advanced ammonia process, KAAP), 大幅降低了合成氨运行压力和温度.我国在工业催化剂开发方面也取得了许多重要进展, 如浙江工业大学开发的Fe_1–xO基低压高活性氨合成催化剂^[4]以及近期福州大学等开发的钌基氨合成催化剂及铁钌串联低温低压合成氨工艺^[5]等.

(式1)

合成氨反应(式1)是一个放热熵减反应, 从热力学平衡的角度来看, 低温和高压有利于氨的生成.然而这一反应动力学阻力很大, 在实际工业生产需实施高温高压反应条件(温度350–550 ℃, 压力10–30 MPa), 能耗很高.而低温高效催化剂的开发是降低合成氨能耗的关键.

在过去的一个世纪里, 人们对过渡金属催化剂上合成氨过程进行了深入研究.最具代表性的研究成果是Ertl等^[6]通过表面科学技术探明了N₂在Fe表面的解离吸附活化及分步加氢微观作用机制, 以及N rskov等^[7]通过理论计算揭示了过渡金属表面NH_x(x = 0, 1, 2)物种的吸附能与反应过渡态能垒间的线性关系(scaling relations)(图 2).具体来说, 当过渡金属表面对N原子具有较强的吸附时, NH、NH₂等物种的吸附也会较强, 同时N₂解离的活化能较低; 反之, 当过渡金属表面对N原子吸附较弱时, NH、NH₂等物种的吸附也会较弱, 而N₂解离的活化能则较高.这些研究成果不仅解释了合成氨催化中“火山型曲线”的成因(图 2b), 亦为低温高效合成氨催化剂的设计和开发提供了重要启示, 即一个理想的合成氨催化剂应具有较低的N₂解离吸附能垒和较弱的NH_x吸附能(图 2).而由于scaling relations的存在, 这种理想状态难以在单一金属构筑的催化体系中实现^[7].

图 2 (a) 过渡金属表面N的吸附能(E_N)和N₂解离吸附能垒(E_N–N)之间的线性关系; (b)过渡金属上的合成氨活性表现为一火山型曲线^{[7, 8]}. Fig. 2. (a) Calculated transition state energies (E_N–N) for N₂ dissociation as a function of the nitrogen adsorption energy (E_N) over transition metal surfaces. Reprinted from Ref. [8] with permission from ACS Catalysis, American Chemical Society. (b) Ammonia synthesis rate as a function of E_N shows a volcano plot^[7]. Reprinted from ^[7] with permission from Journal of Catalysis, Elsevier.

基于此认识, 科研工作者在活性金属的尺寸与形貌效应、金属与载体的相互作用、助剂的促进作用等方面开展了大量工作, 尤其是近期尝试将一些非常规物质应用于合成氨催化中以打破scaling relations.如Hosono等^[9~11]将电子化物(electride)如C12A7:e^–、Ca₂N:e^–和Y₅Si₃用作Ru的载体, 通过该类材料较强的电子给予能力, 显著提高了Ru对N₂分子活化转化的性能. Tang等^[12]则采用金属氧氢化物(oxyhydride)作为载体, 也明显改善了Co、Ru等催化剂的活性. Li等^{[13, 14]}提出以Fe₃/θ-Al₂O₃以及Rh₁Co₃/CoO(011)团簇作为催化中心, 以氢助解离的机制实现了可观的催化活性. Li等^[15]则发现MIL-101负载的Ru团簇(1 nm)呈现异乎常规的尺寸效应. Wang等^[16]通过向3d过渡金属如V、Cr、Mn、Fe、Co和Ni中加入第二非过渡金属组分如氢化锂(LiH), 使部分NH_x吸附物种吸附在非过渡金属的活性位上, 打破了单一过渡金属上反应物种的活化能垒和吸附能之间的限制关系, 使得金属的合成氨活性提高了1~4个数量级.

近期的这些研究进展为开发低温高效合成氨多相催化剂带来了希望, 其研究结论为进一步提高催化剂活性提供了许多新的思路.为了实现“温和条件下氨的高效合成”这一终极目标, 我们需要对合成氨反应有更加深入的认识.其中关键的科学问题包括N₂的活化解离机制、吸附物种及其过渡态能量的优化、固体催化剂表面性质的调控、活性中心的精确构筑与合成等.随着催化科学技术的发展及其与纳米技术、先进材料表征技术、量子化学计算等其它学科的交叉融合, 有可能为实现这一目标反应提出更加有效的策略.

2 化学链合成氨

将合成氨反应解耦为固氮和产氨两个分步骤, 即化学链合成氨(chemical looping ammonia synthesis)过程, 导致催化反应在空间和时间上的中断, 从而改变反应物和中间产物在催化活性中心上的状态, 起到“干扰”scaling relations的作用, 是当前合成氨领域新的发展方向^[3].根据氢源不同, 目前的研究可分为以下两个方面.

2.1 基于N₂+H₂O的化学链(简称H₂O-CL)

此过程通过金属与氧和氮的键合转换实施氨的合成(见图 3a).具有代表性的工作为Galvez等^[17]提出的通过式2和式3实施的合成氨路线, 其中Al₂O₃到AlN(式2)是强吸热反应, 需要在1500 ℃下进行.

图 3 三种化学链合成氨途径的物质与电荷的传递^[21]. M为Al、Cr、Mn等, A为碱(土)金属. Fig. 3. Chemical looping processes for ammonia synthesis. M denotes metal such as Al, Cr and Mn; A denotes alkali or alkaline earth metal. Reprinted from Ref. [21] with permission from Nature Energy, Springer Nature.

固氮:

(式2)

产氨:

(式3)

近期, Michalsky等对以Mo^[18]、Cr^[19]、Mn^[19]为载氮体的化学链合成氨过程开展了较为系统的研究.然而, 操作温度(> 1000 ℃)仍然很高, 并伴有碳排放.最近, McEnaney等^[20]利用金属Li与N₂反应生成Li₃N, 再由Li₃N和水反应生成LiOH和NH₃, 然后通过电解LiOH再生金属Li, 构成合成氨循环.该过程的电流效率(88.5%)很高, 但能耗依然较大.

2.2 基于N₂+H₂的化学链

这方面的研究可追溯到100多年前合成氨研究初期. Haber等^[22]曾提出金属Mn或CaH₂固氮生成Mn₃N₂或Ca₃N₂、Mn₃N₂或Ca₃N₂加氢产氨的分步过程, 但反应温度(> 600 ℃)很高.近期Michalsky等^[23]尝试利用Mn₄N/Mn₅N₂等加氢放氨热力学较为适中的氮化物为载氮体, 实施化学链(简称H₂-CL, 图 3b).但实验测得的产氨速率仍然很低, 550 ℃产氨速率仅为9 μmol g^–1 h^–1 ^[23]. 2018年, Gao等^[21]提出了一种以碱(土)金属亚氨基化合物为载氮体的新型化学链合成氨过程(简称AH-CL, 图 3c), 即碱(土)金属氢化物首先通过“固定”N₂生成相应的亚氨基化合物, 随后亚氨基化合物加氢释放出NH₃.在过渡金属催化剂的协助下, 该化学链过程在常压和250 ℃下的产氨速率较在1 MPa下进行的热催化过程高出一个数量级.

寻找新型载氮体材料, 优化固氮与产氨反应的热力学和动力学性能, 是化学链合成氨方向需重点攻克的问题.另一方面, 将化学链热化学过程与光/电化学耦合, 改变各分步骤的化学平衡及反应速率, 亦是提高产氨浓度及速率的有效策略, 值得进一步深入探究.

3 电催化

相较于合成氨的热催化过程(式1), 利用可再生能源发电驱动N₂与H₂O反应直接生成氨的过程(式4)可一步实现产氨过程, 是一个近期备受关注的研究课题. 表 1列出了近常温常压下部分电化学合成氨催化剂的产氨速率.可以看出，目前电化学合成氨速率普遍较低，这为氨的定量分析带来了困难.近期，已有学者对电或光化学合成氨过程中氨的来源鉴定及其定量分析提出了规范式的研究流程^[24].

表 1 近常温常压下部分电化学合成氨催化剂的产氨性能 Table 1 Some of recently developed electro-catalysts for NRR at ambient conditions.

Catalyst	Electrolyte	NH₃ production rate	FE (%)	Potential	Ref.
Au nanorod	0.1 M KOH	2.69×10^–11 mol cm^–2 s^–1	3.88	–0.2 V vs. RHE	[26]
Au cluster/TiO₂	0.1 M HCl	21.40 μg mg_cat^–1 h^–1	8.11	–0.2 V vs. RHE	[28]
a-Au/CeO_x-RGO	0.1 M HCl	8.30 μg mg_cat^–1 h^–1	10.1	–0.2 V vs. RHE	[27]
Au nanocage	0.5 M LiClO₄	6.5×10^–11 mol cm^–2 s^–1	15	–0.5 V vs. RHE	[29]
Rh nanosheet	0.1 M KOH	23.88 μg mg_cat^–1 h^–1	0.217	–0.2 V vs. RHE	[30]
Ru SAs/N-C	0.05 M H₂SO₄	5×10^–10 mol cm^–2 h^–1	29.6	–0.2 V vs. RHE	[31]
Pd/C	0.1 M phosphate buffer solution	4.50 μg mg_Pd^–1 h^–1	8.2	0.1 V vs. RHE	[41]
Pd_0.2Cu_0.8/rGO	0.1 M KOH	2.8 μg mg_cat^–1 h^–1	0.7	–0.2 V vs. RHE	[32]
Pt	Nafion	1.14×10^–9 mol cm^–2 s^–1	0.55	1.6 V	[44]
Ru/C	2 M KOH	3.1×10^–12 mol cm^–2 s^–1	0.28	–1.1 V	[45]
Ag-Au@ZIF	THF-based electrolyte	1×10^–11 mol cm^–2 s^–1	18	–2.9 V vs. Ag/AgCl	[46]
Fe₂O₃/CNT	Diluted KHCO₃	3.6×10^–¹² mol cm^–2 s^–1	0.15	–2.0 V vs. Ag/AgCl	[47]
o-Fe₂O₃-Ar/CNT	0.1 M KOH	7.5×10^–¹² mol cm^–2 s^–1	6.04	–0.9 V vs. Ag/AgCl	[33]
TiO₂/Ti	0.1 M Na₂SO₄	9.16×10^–¹¹ mol cm^–2 s^–1	2.5	–0.7 V vs. RHE	[34]
MoS₂ nanoflower	0.1 M Na₂SO₄	29.28 μg mg_cat^–1 h^–1	8.34	–0.4 V vs. RHE	[37]
Bi₄V₂O₁₁/CeO₂	0.1 M HCl	23.21 μg mg_cat^–1 h^–1	10.16	–0.2 V vs. RHE	[48]
VN nanosheet array	0.1 M HCl	8.40×10^–¹¹ mol cm^–2 s^–1	2.25	–0.5 V	[36]
CoP hollow nanocage	1.0 M KOH	10.78 μg mg_cat^–1 h^–1	0.03	–0.4 V vs. RHE	[35]
BiVO₄	0.2 M Na₂SO₄	8.6 μg mg_cat^–1 h^–1	10.04	–0.5 V vs. RHE	[49]
K⁺-Bi nanocrystal	1.0 M K₂SO₄	1105 μg mg^–1 h^–1	67	–0.6 V vs. RHE	[38]
CrO_0.66N_0.56	—	7×10^–¹¹ mol cm^–2 s^–1	6.7	1.8 V cell voltage	[50]
PEBCD/C	0.5 M Li₂SO₄	2.6×10^–¹¹ mol cm^–2 s^–1	2.85	–0.5 V vs. RHE	[51]
N-doped porous carbon	0.05 M H₂SO₄	1.55×10^–10 mol cm^–2 s^–1	1.42	–0.9 V vs. RHE	[52]
N-doped nanoporous carbon	0.1 M KOH	9.4×10^–10 mol cm^–2 s^–1	10.2	–0.3 V vs. RHE	[39]
polymeric carbon nitride	0.1 M HCl	8.09 μg mg_cat^–1 h^–1	11.59	–0.2 V vs. RHE	[40]
B-doped graphene	0.05 M H₂SO₄	1.6×10^–10 mol cm^–2 s^–1	10.8	–0.5 V vs RHE	[53]

表 1 近常温常压下部分电化学合成氨催化剂的产氨性能 Table 1 Some of recently developed electro-catalysts for NRR at ambient conditions.

当前电化学合成氨反应面临的挑战是如何提高N₂活化速率与抑制析氢副反应.理论研究结果表明, 过渡金属电催化剂表面吸附物种的吸附能及过渡态能量之间亦存在着scaling relations^[25].与多相催化剂的情形类似, 这需要发展新的电催化剂及电解质以规避这些scaling relations.电催化剂方面目前研究较多的体系主要包括贵金属、非贵金属、非金属等几类.

(式4)

贵金属如Au、Ru、Rh和Pd等由于强的键合力和优异的导电性一直以来都受到广泛关注.构筑配位不饱和活性位点是目前应用较多的催化剂设计策略之一.如具有高指数晶面的二十四面体Au纳米棒^[26]以及负载在CeO_x-rGO^[27]和TiO₂^[28]上处于介稳态并含有大量悬空键的Au纳米颗粒, 其表面富集的不饱和配位点使其显示出较高的催化活性, 实现了同时期常温常压水相溶液中最佳的电催化氮气还原性能.此外, 具有高比表面积和限域效应的Au中空纳米笼^[29]、富含大量低配位缺陷原子的原子级超薄纳米片^[30]、拥有大量低配位活性位点及高效金属利用率的单原子金属^[31]等, 均为制备高效N₂还原催化剂提供了新的研究思路.形成多元金属间化合物如非晶态二元PdCu合金, 在金属间协同作用下亦可提高金属的氮气还原活性, 同时Cu的引入显著降低了成本^[32].

非贵金属包括金属氧化物、氮化物、硫化物等.在材料制备过程中引入^[33]或在电化学还原过程中原位生成^[34]的氧空位可以作为活性位点提高对氮气的吸附及活化能力; 合成三维结构如中空CoP纳米笼^[35]或VN纳米片阵列^[36], 提高了表面活性位点的数量; 制备含有晶格缺陷和畸变的MoS₂催化剂, 可产生更多活性不饱和原子^[37]; 向铋催化剂中引入钾离子助剂, 通过铋与助剂之间的协同作用, 可增强氮气的吸附与活化, 同时抑制析氢副反应, 大幅提高了电化学合成氨的活性与选择性^[38].

与金属相比, 非金属材料可以避免金属离子的排放从而减少环境污染.其中纳米碳材料由于宽电势窗口和结构多样性, 在电化学领域可持续材料中具有广阔前景.如N-C中掺杂的吡啶型氮原子作为活性位点可以促进对N₂的化学吸附以及N≡N键的解离^[39]; 氮化碳聚合物通过构建氮空位可实现对N₂强的吸附和活化能力^[40].

除电催化剂材料以外, 电解质溶液是影响产氨效率的另一关键因素.水相溶液作为清洁且低廉易得的电解液在催化N₂还原反应中最为常用, 但N₂的溶解度低且析氢严重, 因此研究者尝试通过磷酸盐缓冲溶液^[41]等来降低析氢竞争反应的影响, 但效果有限; 熔盐体系^[42]以及电化学Li循环体系^[20]可以显著抑制析氢; 离子液体^[43]在常温下可以实现N₂的高度溶解并具有疏水性, 可以最大程度抑制析氢反应, 使NH₃的转化率高达60%以上, 但依然受到生产成本以及环境污染的限制.

未来研究人员可以通过增加电催化剂比表面积、构造表面缺陷、构筑单原子金属活性位点等方法提升催化剂对N₂的吸附和活化能力, 同时通过对电解液的改性避免析氢反应的干扰以提高产氨效率.

4 光催化

光催化固氮反应条件温和, 不需要还原剂、牺牲剂或者额外能源(如电能或者化石能)供应.理论上, 当太阳能到氨(solar-to-ammonia)转换效率达到0.1%, 光催化固氮就可以产业化应用, 因此是一种有潜力的可持续固氮途径^{[3, 54]}.然而, 由于N₂活化较难, 光催化固氮效率普遍较低, 如何设计活性中心促进N₂活化, 提高催化效率, 是目前光催化面临的巨大挑战.

光催化固氮首次报道于1977年, Schrauzer等^[55]利用TiO₂光催化N₂和H₂O得到少量NH₃, 并推测活性位点为金属中心, 可能的反应机理为6e^–/6H⁺参与的N₂还原质子化半反应与光生空穴参与的水氧化半反应耦合.之后, 科学家通过调控光催化固氮材料金属中心如Zn、Fe、Sm、Eu、W、Mo等, 并结合光催化增强策略如掺杂、单原子、异质结和等离子共振效应提高半导体光催化固氮效率^[56~58].而Zhu等^[59]发现H封端的金刚石具有特殊的负电子亲和性导带(E_CB < 0 eV), 可在深紫外光激发下产生强还原性水合电子直接还原固定N₂.然而, 以上光催化剂的固氮产率通常不超过20 μmol NH₃ g_cat^–1 h^–1.

2015年, Li等^[60]首次报道利用BiOBr氧空位为N₂吸附活化中心有效传递剩余电子到π反键轨道弱化N≡N键, 将可见光固氮效率提高到104.2 μmol NH₃ g_cat^–1 h^–1. Hirakawa^[61], Zhao^[62], Wang^[63]和Zhang^[64]等进一步研究证实氧空位亦能有效提升TiO₂、LDH、W₁₈O₄₉等的固氮效率. Dong^[65]和Li^[66]等发现C₃N₄中N空位可以作为N₂活化中心. Yang^[67]和Li^[68]等都发现Au等离子共振效应能耦合TiO₂氧空位进一步提升固氮活性.

耦合光催化与酶催化、电催化和热催化也是固氮活性增强的新策略. Brown等^[69]报道固氮酶MoFe蛋白耦合光催化剂CdS具有较高转化效率, Liu等^[70]发现类固氮酶Fe-chalcogels可作为光催化剂, 而Ali等^[71]报道Au/p-Si光电催化具有较高活性.最近, Mao等^[72]发现通过K/Ru/TiO_2–xH_x充分利用全波段太阳能, 将光催化活化N₂作用和太阳光致热的热催化耦合起来, 可实现高效光热催化合成氨效率与同温度同压力条件下Haber-Bosch热催化效率接近的目标.

上述研究表明, 我国在光催化固氮领域的研究队伍不断壮大, 国际影响力逐渐提升.然而, 我国光催化固氮研究侧重研发新型材料, 在反应机理研究方面有所欠缺.以传统光生载流子驱动的固氮体系仍然面临光能利用不充足、载流子易复合、表面反应慢等难题, 催化效率和催化剂稳定性远低于可工业化标准, 需要我们开拓新的思路, 如构建新型光-热耦合催化体系等.

5 结论与展望

合成氨反应被认为是多相催化中的领头羊(bellwether reaction)反应^[73], 也是化学研究中永恒的课题.近年来研究人员在热催化、电化学、光化学、化学链合成氨研究方面取得了一系列令人激动的新进展, 但温和条件下氨的高效合成仍是一项艰巨的科研任务.通过深入研究活性金属与载体、助剂的相互作用, 大幅降低贵金属的担载量及生产成本, 同时保持高的催化活性及稳定性, 是热催化剂研究的重点.极具发展潜力的化学链、光、电化学合成氨技术, 将是未来合成氨工业的发展方向, 但目前仍处于基础研究阶段, 对光、电等与材料的相互作用以及对合成氨反应基元步骤影响的深入认识, 无疑会对催化材料及过程开发产生积极的促进作用.对原位反应条件下热、电、光催化剂结构及表面物种的探测, 亦是合成氨领域中非常重要的研究课题之一, 将有助于深化对合成氨作用机制的认识, 为设计和开发高效合成氨过程及材料提供重要的线索.

参考文献

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