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氨是世界上最重要的基礎化學品之一，廣泛應用于現代工農業生產中。然而，傳統的合成氨工藝(哈伯-博施工藝)需要在高溫高壓下進行反應，這導致了高能耗和大量溫室氣體的排放。電催化氨合成技術可以在常溫常壓下實現氨合成，是目前公認的綠色、節能、高效的碳減排技術。其中，設計和制備高活性、高穩定性的電催化劑是該技術實際應用的關鍵。近日，南京工業大學研究組證明，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氨合成催化劑，有望大幅提高氨的產率，減少物質能量的浪費。這一成果日前發表在《能源與環境材料》上。

目前，在全球低碳經濟和中國可持續發展戰略理念的影響下，開發一種新的綠色合成氨技術來替代傳統的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具有獨特的優勢，如可以利用大氣中的氮氣作為氮源，水作為氫源，反應原料來源廣泛，反應條件溫和，有望實現分布式綠色合成氨生產等。是公認的綠色、節能、高效的碳減排技術，可以實現常溫常壓合成氨。

電催化氨合成技術實際應用的關鍵是設計和制備具有高活性和穩定性的電催化劑。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。”吳玉平教授介紹，團隊采用高效的密度泛函理論研究方法，系統研究了各自的催化性質。通過研究和篩選，發現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方面也有突出的表現。

“合成氨本質上是一個還原反應。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，從而促進還原反應過程。而且這種催化劑還可以減少反應過程中氫氣的釋放，抑制析氫的競爭反應。”相關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的進程具有重要作用，將對實驗應用產生直接影響，對氨生產和單原子電催化劑在高效碳減排氨合成技術發展中的應用具有重要意義。