氨是世界上最重要的基礎(chǔ)化學(xué)品之一，廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中。然而，傳統(tǒng)的合成氨工藝(哈伯-博施工藝)需要在高溫高壓下進行反應(yīng)，這導(dǎo)致了高能耗和大量溫室氣體的排放。電催化氨合成技術(shù)可以在常溫常壓下實現(xiàn)氨合成，是目前公認的綠色、節(jié)能、高效的碳減排技術(shù)。其中，設(shè)計和制備高活性、高穩(wěn)定性的電催化劑是該技術(shù)實際應(yīng)用的關(guān)鍵。近日，南京工業(yè)大學(xué)研究組證明，新型單原子催化劑“Mo單原子負載二維磷化硼催化劑”(Mo/BP)是一種很有前途的電化學(xué)氨合成催化劑，有望大幅提高氨的產(chǎn)率，減少物質(zhì)能量的浪費。這一成果日前發(fā)表在《能源與環(huán)境材料》上。

目前，在全球低碳經(jīng)濟和中國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略理念的影響下，開發(fā)一種新的綠色合成氨技術(shù)來替代傳統(tǒng)的Haber-Bosch工藝是研究熱點之一。其中，電催化還原氮氣合成氨技術(shù)具有獨特的優(yōu)勢，如可以利用大氣中的氮氣作為氮源，水作為氫源，反應(yīng)原料來源廣泛，反應(yīng)條件溫和，有望實現(xiàn)分布式綠色合成氨生產(chǎn)等。是公認的綠色、節(jié)能、高效的碳減排技術(shù)，可以實現(xiàn)常溫常壓合成氨。

電催化氨合成技術(shù)實際應(yīng)用的關(guān)鍵是設(shè)計和制備具有高活性和穩(wěn)定性的電催化劑。為了篩選出這樣的催化劑，我們采用有缺陷的二維磷化硼(BP)作為載體材料，然后在BP上負載12種過渡金屬單原子作為新的單原子氨合成催化劑?！眳怯衿浇淌诮榻B，團隊采用高效的密度泛函理論研究方法，系統(tǒng)研究了各自的催化性質(zhì)。通過研究和篩選，發(fā)現(xiàn)鉬單原子負載二維磷化硼催化劑材料不僅具有氮活化和還原氨合成的高效性，而且在抑制析氫競爭反應(yīng)方面也有突出的表現(xiàn)。

“合成氨本質(zhì)上是一個還原反應(yīng)。氮分子在常溫常壓下是惰性的，鉬單原子負載的二維磷化硼催化劑材料可以活化它們，從而促進還原反應(yīng)過程。而且這種催化劑還可以減少反應(yīng)過程中氫氣的釋放，抑制析氫的競爭反應(yīng)。”相關(guān)研究成果的成功從理論上證明了新型催化劑對氨合成反應(yīng)的進程具有重要作用，將對實驗應(yīng)用產(chǎn)生直接影響，對氨生產(chǎn)和單原子電催化劑在高效碳減排氨合成技術(shù)發(fā)展中的應(yīng)用具有重要意義。