中国科学院金属研究所开发新型钴铁合金催化剂实现高效绿色制氨

近日，中国科学院金属研究所刘岗科研团队在《美国化学会志》发表*新成果，他们开发的钴铁合金催化剂在中性硝酸盐废水中实现“变废为宝”，将硝酸盐高效转化为氨，为绿色合成氨开辟了新道路。

氨不仅是重要化工原料的关键化学品，更是清洁能源的潜力载体。不过，传统合成氨工艺依赖具有百年历史的“哈伯法”，会每年消耗全球约2%的电力并产生大量碳排放。

科学家们近年来探索的电催化还原硝酸盐制氨技术，有望在常温常压下实现污染治理与资源回收的双重目标。其中备受关注的铁基催化剂在实际应用中面临两大挑战，一是水分子“拆解工”效率低下，导致活性氢供给不足，阻碍中间产物的加氢转化，显著制约产氨选择性；二是在中性废水环境中，大量电能被用于生产没用的氢气（析氢反应），电能利用率低。

科研人员介绍，创新开发的钴铁合金催化剂通过钴铁双金属的精密配合，创造出独特的“碱性微环境”。即铁元素负责在催化剂表面形成碱性“反应特区”，打破传统反应对溶液酸碱度的依赖；钴元素像高效的“氢原子快递员”，加速水分解释放活性氢。这种协同效应使催化剂对硝酸根的吸附能力提升3倍，成功抑制了析氢副反应。

在模拟废水处理实验中，钴铁合金催化剂在-0.69伏电压下取得突破性成果，氨合成选择性接近100%，电能利用率达98.6%，硝酸盐去除率为97.8%，显示该钴催化剂性能远超同类材料。科研团队构建的膜电极电解装置在工业级电流密度下连续运行500小时后，仍保持96%以上的电能利用率。该研究工作实现了氨的高效生产与固态铵盐的浓缩回收，展现出极高的工程应用潜力和工业价值。