白斌斌, 代忠旭, 熊梓林, 陈少娜

(三峡大学 材料与化工学院, 湖北 宜昌 443002)

氨每年合成约2亿吨，是生产化肥的关键前体、方便的氢载体和新兴的清洁燃料，是人类和地球生态系统最重要的工业化学品之一[1]。目前，工业合成氨主要采用HABER-BOSCH法，由N2与H2在铁或钌系催化剂下发生反应。反应如式(1)

N2+ 3H2→ 2NH3ΔH= -92.4 kJ/mol

(1)

该过程放热，可以通过高压和低温来促进[2]。该反应动力学缓慢，因此需要高温来加速反应[3-4]。然而，高温会导致合成的NH3分解，因此引入高压来减少分解。通常，基于铁基催化剂的哈伯-博世工艺要求温度为300～500 ℃，压力为13～17 MPa[5]。该工艺能耗极高，还受热力学要求的限制，氢单程转化率低，且氢一般都是从天然气等化石燃料中获取的，制氢过程会产生大量的温室气体CO2[6-7]。因此，研究者不断探索新的合成氨方法，以期能够实现室温常压下氨的合成。1985年，PICKETT等[8]首次采用电化学方法完成了合成氨循环，该方法实现了合成氨从“高压”到“常压”的飞跃，开启了合成氨研究的新领域。

从可选择的氢源和氮源入手，综述了不同催化剂、不同电解质体系、不同温度条件下的电化学合成氨研究进展，希望能为电化学合成氨工作者提供参考。

1 氮还原合成氨机理

以氮气为氮源电化学合成氨过程中，氮还原反应(N2reduction reaction NRR)在阴极发生，一般包括氮气分子在催化剂表面的吸附、解离、氢化等步骤。该过程主要涉及两种机制：缔合机制和解离机制。

在缔合途径中，N≡N的解离与N原子的氢化同时发生，在加氢的过程中破坏氮分子三键，可减少能量消耗并提高催化效率。……