作者：江明航
近日，理学院江明航副教授在Chem期刊（中科院一区，IF=19.1）上发表题为“Effective N2 activation strategies for electrochemical ammonia synthesis”的综述论文。Chem是Cell Press旗下的旗舰刊，国际顶尖期刊Cell的首个化学类子刊，致力于推广化学及其交叉领域的创造性突破，刊发旨在解决全球性挑战的应用和基础研究论文。自2016年创刊以来，期刊每年发文量约200篇。江明航副教授为该论文的第一作者，西华大学为第一通讯单位。蒋珍菊教授、廖雪梅教授、南京大学金钟教授和玉林师范学院黎晓副教授为该论文的共同通讯作者。
论文截图
图2 通过Li/Ca介导N2还原或Plasma辅助电化学合成氨反应原理示意图
氨（NH3）是用于生产含氮肥料和药品的重要基础原料之一。目前，工业上合成氨主要通过在高温（400–500 °C）和高压（150–300 atm）条件下的Haber-Bosh工艺进行合成。Haber-Bosh工艺合成氨存在能耗大和环境污染严重等问题。因此，亟待研发反应条件温和，绿色可持续的合成氨技术。利用可再生电力驱动，以氮气（N2）为反应原料合成氨（NH3），为实现人工固氮提供了一条有前景的途径。然而，该过程中氮气分子的活化这一关键步骤仍然面临挑战。然而，对于键能极高的N2分子，仅凭催化剂的合理设计往往难以实现有效活化，这一瓶颈严重制约了电催化合成氨反应的效率。因此，亟待开发有效的N2活化策略用于显著提升电化学合成氨效率。
近年来，在开发有效N2活化策略，比如通过锂（Li）/钙（Ca）介导N2还原和等离子体辅助电化学合成氨等方面取得了显著进展。上述技术涉及将惰性的氮气转化为键能更低的含氮物种（LixNyHz, CaxNyHz或NOx），随后，含氮物种进一步转化以生成氨。本文系统介绍了近年来在以N2为反应原料的电化学合成氨中的氮气活化策略，主要包括金属（锂/钙）介导策略和等离子体辅助技术的发展现状，作用机制和当前面临的挑战。本文旨在为开发有效氮气活化策略用于电化学合成氨领域，提供重要参考和激发更多N2活化的新灵感，从而显著推动以N2为反应原料的电化学氨合成技术的发展和应用。
该项研究得到四川省自然科学基金（23NSFSC6350）和西华大学博士科研启动金（Z222051）的资金支持。
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.chempr.2025.102441
作者简介：
江明航，理学博士，副教授，硕士生导师。主要从事用于电催化碳/氮能源转化的金属基纳米材料的结构设计及反应机制研究。自2022年7月任教于西华大学理学院以来，主持四川省自然科学基金青年基金1项，以第一/通讯作者，西华大学第一单位，在Chemical Society Reviews, Chem, Advanced Functional Materials, ACS Nano, Nano Energy和Journal of Hazardous Materials期刊上共发表SCI中科院1区论文6篇, 累计影响因子122.8。其中，两篇论文入选了ESI高被引和热点论文。