浙江大学侯阳教授：电催化氮素转化技术助力可再生能源与环境保护

浙江大学侯阳教授：电催化氮素转化技术助力可再生能源与环境保护

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科学网

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来源

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近日，浙江大学侯阳教授及其团队在氮气电化学领域取得了重要进展，通过电催化氮素转化技术实现了高效的可再生能源储存和转化，为全球氮素平衡和环境危机提供了新的解决方案。这一研究不仅有助于化肥生产、化工等多个领域的发展，还为实现可持续的氮基经济奠定了基础。

侯阳教授是浙江大学的教授，主要研究方向包括可再生能源发电与绿色氢能、锂离子电池和超级电容器及动力电池、CO2转化与资源化利用及新型水系电池、基于人工智能的新能源材料高通量筛选、环境化工与环境友好型催化材料等。他的研究团队致力于开发新型能源转换和存储技术，以应对全球能源和环境挑战。

氮气（N₂）是空气的主要成分之一，占体积比约78%，但在常温下几乎不与任何物质反应。然而，通过电催化技术，可以在特定条件下实现氮气的转化。电催化氮素转化技术主要涉及四个基本的电化学反应：氮还原反应（N2RR）、氮氧化反应（N2OR）、硝酸盐还原反应（NO3RR）和氨氧化反应（NH3OR）。

其中，氮还原反应（N2RR）是在环境条件下由氮气和水直接电催化合成氨，这是一种可持续和环境友好的无碳固氮方法。氮氧化反应（N2OR）则是将氮气直接电氧化合成硝酸盐，有望替代传统的高耗能催化氧化氨工艺。硝酸盐还原反应（NO3RR）可以将水体中的硝酸盐污染物转化为氮气或氨等环境友好的物质。氨氧化反应（NH3OR）则可以将氨作为燃料电池燃料用于能源/氢气生产。

电催化氮素转化技术具有广泛的应用前景和重要的环境意义：

1. 可再生能源储存：通过将可再生能源（如太阳能、风能）转化为化学能（如氨），实现能量的高效储存和转化。

2. 环境保护：硝酸盐还原反应可以有效去除水体中的硝酸盐污染，缓解水体富营养化问题。同时，整个过程不使用氢气或其他还原剂，避免了二次污染。

3. 可持续发展：该技术可以实现氮素循环的闭环，恢复全球氮素平衡，为建立可持续的氮基经济提供技术支持。

4. 工业应用：在化肥生产、化工、医药制造等领域具有重要应用价值，可以替代传统的高耗能、高污染生产工艺。

尽管电催化氮素转化技术已经取得重要进展，但仍面临一些挑战，如反应效率和选择性有待提高、催化剂成本较高等。未来的研究方向将集中在以下几个方面：

1. 催化剂设计：开发高效、低成本的催化剂，提高反应速率和选择性。

2. 反应机理研究：深入理解各反应步骤的机理，为催化剂设计提供理论指导。

3. 系统集成：将电催化氮素转化技术与可再生能源系统相结合，实现商业化应用。

4. 环境影响评估：全面评估该技术在实际应用中的环境效益和经济可行性。

浙江大学侯阳教授及其团队在电催化氮素转化技术领域的研究为解决全球能源和环境问题提供了新的思路。随着技术的不断进步，这一技术有望在不久的将来实现大规模应用，为实现可持续发展做出重要贡献。