赵斐，王琪，刘光，李晋平

（太原理工大学化学化工学院，气体能源高效清洁利用山西省重点实验室，山西太原030024）

氨气是世界上最重要的化学品之一，广泛应用于国防、制药、染料、合成纤维和化肥等领域。近80%的氨用于化肥工业，对维持全球人口增长起到了关键作用[1-3]。此外，氨具有比汽油更高的体积能量密度，是一种对运输具有应用潜力的无碳能源载体；NH3的质量含氢量为17.6%，是氢气的理想储存介质，而且氨的每单位储存能量的成本是氢的四分之一，可以作为未来能源经济中氢的替代品。现阶段NH3已被用作运输车辆和空间供暖的燃料，应用前景十分广阔[4]。

然而，氮气裂解还原生成氨是一个动力学复杂的过程，需要克服较大能垒［3H2+N2→2NH3，ΔH(300K)=-46.35kJ/mol］。目前，超过90%的氨来自于最主要的工业生产方式——哈伯-博世法（Haber-Bosch），这一过程的工业化彻底改变了传统低效的自然固氮方式。哈伯-博世过程（图1）是以天然气（NG）为主要原料，制得氢氮摩尔比为3 的纯净气，在高温（300～500℃）、高压（150～300bar，1bar=105Pa）的条件下，通过铁基催化剂制得产品氨[5-6]。哈伯-博世过程所需的高能量输入不仅消耗了全球每年1%～2%的能源供应，而且占用了全球一半的氢气产量；该过程的高污染排放释放了约1.5%的温室气体，造成NO和NH3排放大量增加，使大部分活性氮沉积而改变了全球氮循环，氮负荷的增加导致对生态系统和温室气体平衡的一系列负面影响[7-10]。因此，开发清洁、高效、可持续的环境友好型合成氨方式来替代能源密集型哈伯-博世过程迫在眉睫，这一目标推动了利用生物（固氮酶）、光催化和电催化方法在环境条件下人工合成NH3的发展[11]。……