低成本制备成功：我国团队用核废料破解技术难题

来源：科技日报

绿氨，这种燃烧后仅产生氮气和水、被誉为“零碳”燃料的新能源载体，正被视为储存绿氢的理想选择，在能源转型浪潮中备受瞩目。

北京大学化学与分子工程学院沈兴海教授团队巧妙利用一种特殊的二维碳材料——石墨炔，与核工业中常见的“边角料”贫铀相结合，成功研发出一款全新的复合催化剂。该催化剂能够在温和条件下高效催化合成氨，相关研究成果近日发表于《自然·通讯》。

目前，制取绿氨的主流工艺依然是沿用百年的哈伯-博施法。这种方法需要在高温高压下进行，每吨绿氨的生产成本比用化石能源生产出来的氨高出两倍以上。“降低绿氨成本需要从新一代柔性工艺入手，关键在于开发高性能催化剂，以实现温和条件下氨的高效热催化合成。”沈兴海教授向科技日报记者解释道。

研究团队此次构建了一种铀-石墨炔复合催化剂。铀原子以微小团簇的形式分散在石墨炔材料上，相邻铀原子之间的距离恰好与一个氮气分子相匹配。这种精妙的结构使得氮分子能够以“桥式吸附”的模式被高效捕获和活化，为后续关键的加氢反应奠定了坚实基础。

团队以超临界二氧化碳为介质，精确筛选出了最佳反应条件，成功实现了单层和少数层石墨炔的可控合成。他们还系统摸清了其层数与光学带隙的变化规律，为精准调控催化剂性能提供了可靠的科学依据。

这款新型催化剂表现十分亮眼。在150℃、15个大气压的温和条件下，其产氨速率达到了587.5微摩尔每克每小时，并且展现出优异的循环稳定性。

科技日报记者 张盖伦