電還原氮氣為氨氣的研究進展

袁 航，林大杰

（溫州大學化學與材料工程學院，浙江 溫州 325035）

NH3被廣泛應用于合成化學品中間體如硝酸、銨鹽和胺類等，同時也是植物生長所需的化肥合成原料，對人類的生活發展具有重大的意義。目前人工合成氨氣的方法，主要是利用空氣中含量較多的氮氣（N2），通過Haber-Bosch法合成。但該方法需要極其苛刻的高溫高壓環境和設備條件[1]，同時會消耗大量的能量并排出大量的溫室氣體，與我國倡導的“碳中和”策略相悖，不利于我國社會的可持續發展[2]。電化學還原N2(E-NRR)反應克服了傳統方法的缺點,可在低設備要求下溫和且環保地生產NH3，是21世紀十分具有研究價值的反應。但該法仍存在選擇性不高、電流密度低、副產物高(氫氣)等缺點[3]。目前，對NRR反應的研究熱度在持續升高，但國內對NRR的相關綜述報道并不是很多，因此，對該領域的研究進展進行總結，對今后的NRR研究具有重要的意義。

本文對生成氨氣的機理、氮氣電還原反應產物的檢測手段、應用于氮氣電還原反應的催化劑種類、提高氮氣電還原催化效率的策略等內容進行了系統介紹。

1 氮氣電還原的可能機理

N2是一種十分穩定的分子，其含有的N≡N鍵能大約為941.3 kJ·mol-1，如此大的鍵能使得氮氣電還原反應具有很大的化學能壘，降低了反應動力學[4]。電催化劑可以改變反應路徑，從而降低其反應能壘。和CO2電還原等其他電催化反應一樣，氮氣電還原也是由3步反應構成：1）N2靠近電催化劑表面并被電催化劑上的活性位點所吸附；……