電子科技大學(xué)材料與能源學(xué)院夏川教授團隊在國際頂級期刊《Nature Chemistry》上發(fā)表題為“Designing metal-free catalysts for efficient electrochemical ammonia synthesis”的研究論文。該工作報道了一類新型無金屬催化材料，在電催化氮還原合成氨反應(yīng)中展現(xiàn)出優(yōu)異的活性和選擇性，為可持續(xù)能源轉(zhuǎn)化與綠色化學(xué)合成提供了新思路。

氨是全球產(chǎn)量最大的化工產(chǎn)品之一，傳統(tǒng)Haber-Bosch法合成氨需要在高溫高壓條件下進行，能耗高且碳排放量大。電催化氮還原合成氨（NRR）因其可在常溫常壓下利用可再生能源驅(qū)動，被視為極具潛力的替代路線。該反應(yīng)面臨氮氣活化能壘高、競爭性析氫反應(yīng)嚴重等挑戰(zhàn)，開發(fā)高效催化劑成為關(guān)鍵。

夏川教授團隊長期致力于能源催化材料與電化學(xué)反應(yīng)工程研究。在這項工作中，團隊基于對反應(yīng)路徑的深入理論分析，設(shè)計并合成了一系列具有明確活性位點的無金屬碳基催化材料。通過精準調(diào)控局域電子結(jié)構(gòu)和表面親疏水性，材料在酸性電解質(zhì)中實現(xiàn)了高達32.4%的法拉第效率和優(yōu)異的氨產(chǎn)率，同時顯著抑制了析氫副反應(yīng)。結(jié)合原位光譜表征與密度泛函理論計算，團隊揭示了活性位點對氮氣分子的吸附活化機制，以及界面微環(huán)境對反應(yīng)選擇性的調(diào)控規(guī)律。

《Nature Chemistry》審稿人對此工作給予高度評價，認為“該研究為無金屬催化劑的設(shè)計提供了新范式，并展示了電催化合成氨在實際應(yīng)用中的潛力”。論文第一作者為材料與能源學(xué)院博士研究生張陽，夏川教授為唯一通訊作者，電子科技大學(xué)為唯一通訊單位。

夏川教授表示，該成果是團隊在能源催化領(lǐng)域多年積累的階段性突破。團隊將進一步探索催化材料在工業(yè)級電流密度下的穩(wěn)定性與放大制備工藝，推動電催化合成氨技術(shù)走向?qū)嶋H應(yīng)用，助力國家“雙碳”目標與可持續(xù)能源體系建設(shè)。

該項研究得到了國家自然科學(xué)基金、四川省科技廳以及電子科技大學(xué)啟動基金等項目的資助。

（材料與能源學(xué)院 供稿）