新华社1月1日消息，近日，美国纽约州立大学布法罗分校的科研团队在电化学合成氨领域取得了突破性进展，相关研究成果发表在《美国化学学会杂志》。

领导该研究的是该校艺术与科学学院化学系助理教授Chris Li博士，其团队成员还包括博士后研究员葛晓丽等。

氨作为生产化肥和化学品的重要原料，对全球农业生产和工业发展至关重要。然而，自上世纪初以来广泛使用的哈伯-博施法合成氨，需要在高温高压的极端环境下进行，能耗巨大，对工业设备的要求也极高。

布法罗分校的研究团队受自然界中氮气转变为氨过程的启发，经过长时间的研究和实验，成功开发出一种新型电化学合成氨装置。该装置分为等离子体反应腔和电化学反应腔两个部分。给等离子体反应腔通电，可以在内部模拟闪电效果，利用空气生成不同氮氧化物的混合物。这些物质随后被送入电化学反应腔，在铜-钯合金的催化作用下生成氨。为提高效率，研究人员深入分析了氮气合成氨的不同反应路径，确定其中瓶颈所在，有针对性地设计了泡沫状铜-钯合金催化剂。实验中，在2安培的电流作用下，该催化剂每平方厘米每小时能催化生成81.2毫克氨，并持续稳定运行超过1000小时。

这一研究成果具有重大意义和价值。从环境角度来看，传统的哈伯-博施法合成氨过程中，所需的氢主要来自化石燃料，会产生大量的碳足迹，而新技术直接利用空气和水中的氮气生产氨气，且不产生碳足迹，有助于减少对环境的污染，应对全球气候变化。从经济和社会发展角度而言，许多发展中国家因资金短缺无力建设使用哈伯-博施法的大型工厂，新型电化学合成氨技术可大幅缩小合成氨设备的规模，有望帮助欠发达地区自行生产化肥，提高农业生产的自主性和可持续性，促进全球农业的均衡发展，增强粮食安全。

专家们对这项研究给予了高度评价。有专家认为，该研究是在具有工业竞争力的生产率和反应稳定性的绿色氨合成方面取得的重大进展，为全球农业可持续发展提供了新的可能性，也为广大科研工作者在相关领域的研究指明了方向。其将闪电等自然现象与化学反应创新地结合在一起，体现了科学创新的跨学科性和应用性，为未来类似的化学反应设计提供了新的思路。

研究团队表示，接下来他们将致力于扩大生产规模，设法将新技术投入商业化应用，让这一成果能够惠及更多国家和地区，为解决全球粮食安全问题和推动可持续发展贡献更大的力量。

作者黄湘红，教育学硕士，副教授，湖南省科普作家协会青委会委员，中国天文学会会员

段跃初是中国科普作家协会会员、中国未来研究会会员

（转载自科普中国网站）