Haber-Bosch于1913年创立的现代合成氨工业成功地改变了食品生产的历史，满足了爆炸性的人口增长，也为多相催化和化学工程奠定了基础。然而，其依靠化石燃料生产H₂的反应物消耗了全球1-3％的电能和2-5％的全球天然气，并且每年排放超过4亿吨的CO₂。利用水作为质子源和电能驱动合成氨反应，可以减少化石燃料消耗和CO₂排放，被认为是传统Haber-Bosch工艺的绿色可持续替代方案。迄今为止，研究人员已经发表了一些关于电化学合成氨（NRR）的出色综述，但其中大多数是根据催化剂的类型进行总结，很少有对用于NRR的电催化剂性能改进的策略进行系统总结。

有鉴于此，中科院过程工程研究所张锁江院士综述和讨论了电化学NRR的最新进展以及提高其活性和选择性的策略。

文章要点

1）作者首先简要概述了氮气还原反应机理和最新理论进展。然后，系统地总结了提高催化剂和催化体系反应活性和选择性的策略。迄今为止，人们已经提出了各种策略来解决NRR的活性和选择性问题，大致可以分为以下两类：i）精心设计电催化剂，以改善其对NRR的固有催化性能（结构优化、杂原子掺杂、空位工程、表/界面工程和协同效应）；ii）综合开发电催化系统，以提高NRR的整体性能（电解液开发和其他策略）。

2）作者最后总结了电化学NRR反应的标准，NH3的定量方法，同时，为了实现NRR的实用化，进一步提出了电化学氨合成研究的流程图：i）首先精准设计NRR实验，将氮污染降至最低，并确保数据的可靠性； ii）对于NRR催化剂的设计，着重考虑其对N₂的吸附和活化能力；iii）关于NRR催化体系的设计，以及；iv）利用原位实验技术捕捉和鉴定反应中间产物以及NRR催化剂的微观变化至关重要；v）最后，在报道优异性能结果时，基于极低的NH₃产量，以及氮污染物的无处不在，在研究所获得的出色实验数据时，应格外注意。

Bing Yang, et al, Recent progress on electrochemical synthesis of ammonia from nitrogen: Strategies to improve the catalytic activity and selectivity, Energy Environ. Sci., 2020

DOI: 10.1039/D0EE02263B

https://doi.org/10.1039/D0EE02263B