有效储存和转换可再生能源对人类社会的可持续发展至关重要。氨具有高氢含量、高能量密度、易于储存和运输以及零碳排放等特点，近年来被认为是一种有前景的长期和大规模能量储存的能量载体。在这种情况下，氨的合成、储存和利用是实现氨介导能源系统的关键组成部分。与化石燃料不同，可再生能源通常具有间歇性和可变性，这就要求改进现有技术，同时开发氨合成和储存的替代方法和材料。另一方面，从氨中有效释放能量对于实现可持续的能源供应和完成氮循环是至关重要的。

有鉴于此，中科院大连化物所陈萍研究员和郭建平研究员等人，综述了近年来热催化、电催化、等离子和光催化合成氨、氨的储存或分离、氨的热/电化学分解和转化等方面的研究进展，重点介绍了用于这些过程的新方法和新材料(催化剂、电极和吸附剂)的最新进展。讨论了挑战和可能的解决方案。

本文要点

1）随着可再生能源利用成本的降低，能源的储存和转换成为一项非常紧迫的任务。氨是人类重要的化学营养物质，它还具有维持能源系统的能量载体的作用。现有的合成氨生产、分离和转化技术和原料不能完全适应这种新作用。氨能的实施需要新材料和新方法，这为研究界寻求解决相关科学技术挑战的方案提供了强大的动力。材料和方法的进一步研究和开发无疑将旨在提高能源效率，降低合成，利用和分离，储存或去除氨的能源和资本成本。

2）未来的挑战和研究方向包括：1）氨合成催化剂和方法。尽管热催化氨合成已经进行了一个世纪，但在较低的温度和压力（T≤400°C，P≤5 MPa）下具有足够高的活性和稳定性的催化剂尚未得到很好的开发。计算研究为寻找高效热催化剂提供了新的思路。2)氨转化为氢气、电力或动力的新技术。氨的利用包括热的和电化学的氨分解生产氢气，直接氨燃料电池发电，和氨燃烧发电。氨分解催化剂的开发帮助研究人员积累了大量的知识，使氨分解过程相对接近实际应用。热催化氨合成领域的进展将反过来指导氨分解的催化剂设计。相比之下，直接氨燃料电池和氨燃烧技术仍处于研究阶段。除了寻找活性和稳定的催化剂，电极和电解质的艰巨任务外，另一个挑战是应避免或减少对环境有害的NOx副产物的形成。3）氨的分离，存储和去除在未来的氨介导的能源系统中也是非常重要的方面，但现在受到的关注较少。随着可再生氨合成和利用技术的发展，应开发用于氨分离，储存和去除的替代技术。在这方面，固体和液体吸附剂，例如金属卤化物，多孔材料，深共熔溶剂，离子液体等，显示出一定的前景，需要引起更多关注。

参考文献：

Fei Chang et al. Emerging Materials and Methods toward Ammonia‐Based Energy Storage and Conversion. Advanced Materials, 2021.

DOI: 10.1002/adma.202005721

https://doi.org/10.1002/adma.202005721