近日，北京大学化学与分子工程学院的沈兴海教授团队巧妙地利用特殊的二维碳材料石墨炔，与核工业中的“边角料”贫铀相结合，成功研发出一种全新的复合催化剂，可在温和条件下高效催化合成氨。
当前，我国已明确提出绿氨掺烧计划，即10%的煤炭将用绿氨替代。然而，制取绿氨的关键工艺为沿用百年的哈伯-博施法，需要在高温高压下进行，每吨绿氨的成本比用化石能源生产出来的氨高出两倍以上。
沈兴海表示，绿氨成本下降需从新一代柔性工艺入手，其关键在于高性能催化剂的开发。研究团队构建出一种铀-石墨炔复合催化剂，使氮分子能够以“桥式吸附”模式被高效捕获和活化，为后续加氢反应奠定了关键基础。这款催化剂表现在150℃、15个大气压的温和条件下，产氨速率客达587.5μmol·g-1·h-1，还具备良好的循环稳定性。
团队还发现，铀的5f电子与石墨炔的共轭结构产生独特电子相互作用，让氮分子的识别、转化和产物氨分子的释放更高效，催化过程兼具高选择性与高效率。研究团队的发现，意味着核能领域的“边角料”贫铀，有望摇身一变成为高价值的催化剂材料。