科技日报

绿氨，这种燃烧后只产生氮气和水的“零碳”燃料，被视为储存绿氢的理想载体，正成为能源转型的新热点。

北京大学化学与分子工程学院的沈兴海教授团队巧妙地利用特殊的二维碳材料石墨炔，与核工业中的“边角料”贫铀相结合，成功研发出一种全新的复合催化剂，可在温和条件下高效催化合成氨。相关成果于近日发表于《自然・通讯》。

目前，制取绿氨的关键工艺为沿用百年的哈伯-博施法，需要在高温高压下进行，每吨绿氨的成本比用化石能源生产出来的氨高出两倍以上。“绿氨成本下降需从新一代柔性工艺入手，其关键在于高性能催化剂的开发，以实现温和条件下氨的高效热催化合成。”沈兴海告诉科技日报记者。

此次团队构建出一种铀-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上，相邻铀原子之间的距离恰好和一个氮气分子匹配，这种结构使得氮分子能够以“桥式吸附”模式被高效捕获和活化，为后续加氢反应奠定了关键基础。

研究团队以超临界二氧化碳为介质，筛选出最佳反应条件，成功实现了单层和少层石墨炔的可控合成，还摸清了其层数与光学带隙的变化规律，为催化性能精准调控提供了科学依据。

这款新型催化剂表现亮眼，在150℃、15个大气压的温和条件下，产氨速率达587.5微摩尔每克每小时，还具备良好的循环稳定性。

科技日报记者 张盖伦