國家能源集團低碳院在電催化合成氨領域取得重要研究進展
來源：中國能源新聞網(wǎng) 時間：2025-06-03 16:52
中國能源新聞網(wǎng)訊（紀之驕）5月21日，國家能源集團低碳院氫能（氨能）技術研究中心在電催化氮氣還原合成氨領域取得重要研究進展，開發(fā)出高效鐵、釩雙摻雜三氧化鎢納米催化劑，相關成果以“Low electronegativity bimetallic doping modulates electrocatalytic nitrogen reduction reaction pathways for synergistic multi-objective optimization”為題，發(fā)表在化工領域一區(qū)TOP期刊《Chemical Engineering Journal》（影響因子13.3）。
鐵、釩雙摻雜三氧化鎢催化氮氣還原生成氨流程示意圖。
氨具有高含氫量、易存儲及零碳的特性，可作為清潔能源氫能的載體和可持續(xù)燃料。Haber-Bosch法合成氨工藝為近代農(nóng)業(yè)和工業(yè)發(fā)展作出了巨大貢獻，但消耗了全球約2%的能源，亟需綠色低碳轉型。電催化氮氣還原合成氨作為前沿合成氨技術，可在常溫常壓下直接以水和氮氣為原料合成氨。然而受限于氮氣分子中氮、氮三鍵的高鍵能以及電催化析氫反應的競爭作用，目前電催化氮氣還原合成氨的氨產(chǎn)率和法拉第效率較低。
為提升電催化氮氣還原合成氨性能，團隊以對氮氣具有強吸附選擇性的三氧化鎢為載體，摻雜低電負性的鐵和釩以實現(xiàn)向鎢位點的有效轉移電子，改善高電負性鎢位點電子結構，優(yōu)化其對氮氣的吸附和活化，并加速產(chǎn)物氨脫除。結合密度泛函理論計算、原位電化學質譜和拉曼光譜表征分析，對電催化氮氣還原合成氨的反應機理和路徑進行了深入分析。研發(fā)過程中，低碳院核磁共振分析表征團隊創(chuàng)新提出了弛豫試劑與氮去耦技術相結合，實現(xiàn)了電化學催化合成氨反應類型的精準區(qū)分及氨含量的快速、準確定量分析。
本研究成功開發(fā)鐵、釩雙摻雜三氧化鎢電催化劑并將原位電化學質譜和原位電化學拉曼光譜技術成功應用于電催化氮氣還原制氨領域，不僅為相關催化劑的構筑策略和反應機理研究提供了指導，也為推動合成氨產(chǎn)業(yè)的綠色低碳發(fā)展提供了技術支撐。
責任編輯：于學華
