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僅需空氣和水作為原料，利用可再生電能作為能源，能夠在常溫常壓的條件下快速合成氨……近日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)熊宇杰教授團(tuán)隊提出基于等離子體和電催化耦合的綠氨合成技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化實驗方案。

據(jù)悉，這一標(biāo)準(zhǔn)化方案日前發(fā)表在《自然·協(xié)議》(Nature Protocols)上。

氨作為一種關(guān)鍵的化工原料，在化肥、聚合物及其他眾多工業(yè)產(chǎn)品的制造中應(yīng)用廣泛，因此在工業(yè)中具有重要地位。然而，目前合成氨需要在高溫高壓的條件下進(jìn)行，能耗較高，并且伴隨著大量的二氧化碳排放。因此，如何在溫和的條件下高效合成“綠氨”一直是能源化工領(lǐng)域的研究熱點。

熊宇杰教授團(tuán)隊長期致力于氨等小分子的可再生能源催化合成研究，并與中國科學(xué)院電工研究所的邵濤團(tuán)隊合作，成功研發(fā)了將滑動弧放電等離子體反應(yīng)器與膜電極組件反應(yīng)器相結(jié)合的綠氨合成技術(shù)。

該技術(shù)采用“兩步法”設(shè)計，即前端通過等離子體活化空氣中的氮?dú)馍傻趸?，后端再將氮氧化物溶于水形成硝酸根，最后?jīng)電催化高選擇性地還原為氨。與傳統(tǒng)氮?dú)膺€原反應(yīng)相比，該技術(shù)規(guī)避了活化難、速率低的問題。據(jù)介紹，電催化反應(yīng)所需的氮氧化物原料也可以從工業(yè)含氮廢氣中獲取，這為廢棄物的資源化利用帶來了新的可能性。

論文詳細(xì)闡述了該系統(tǒng)的基本原理，就催化劑制備、反應(yīng)器配置、運(yùn)行參數(shù)控制以及數(shù)據(jù)分析方法提供了標(biāo)準(zhǔn)化的指導(dǎo)。從該研究為綠氨合成的可重復(fù)性實驗和系統(tǒng)優(yōu)化提供了可操作性的技術(shù)框架，有望推動分散式可持續(xù)合成氨技術(shù)的發(fā)展。