NSR | 百年氨合成技术迎新突破！这种 “载体作用” 让催化效率飙升15倍

发布时间：2026-03-26来源：中国科学杂志社

氨，不仅是养活全球人口的化肥核心原料，更是极具潜力的无碳氢能存储介质。而人类依赖了百年的哈伯-博施法合成法（Haber-Bosch process），却始终面临高温高压条件带来的能耗过高的难题。针对这一难题，北京工业大学李昂副研究员、韩晓东教授和悉尼大学王立卓博士、黄骏教授联合小组将目光重新聚焦在催化剂的“载体” 上：这个此前被认为主要起 “电子供给” 作用的组分，藏着提升催化效率的关键。

近日，《国家科学评论》（National Science Review，NSR）在线发表了该团队最新的研究论文，在这篇文章中，他们解锁了氨合成催化的全新密码，使得温和条件下的高效氨合成成为可能！

团队以 Ru/MgO 和 Ru/Al₂O₃为研究对象，借助具有 “实时原子尺度观察反应过程” 能力的原位环境电子显微学和原位谱学方法，发现了一个颠覆认知的现象：MgO载体并非简单金属催化颗粒的 “承托者”，而是能主动参与催化反应的 “核心玩家”。

图：原位观察的Ru/MgO高效合成氨催化剂反应过程中表面原子结构和成分变化及载体作用机理

文章指出，在氨合成过程中，N₂在Ru颗粒上解离为活性N*，但这些N*极易重新结合成N₂，白白浪费了活化反应。而MgO在反应中会生成氧缺陷，像 “收纳盒” 一样暂时储存从Ru 表面溢流来的N*，既避免了N*的无效重组，又能快速释放Ru的活性位点，让更多 N₂持续被激活。同时，MgO上的N*会容易释放出来与活性氢原子在催化剂表面反应生成氨，形成一条高效的反应路径。他们通过对比实验证实，Ru/MgO的催化性能远超Ru/Al₂O₃：400℃时前者氨合成速率是后者的15倍。而Al₂O₃因无法有效捕获N*，催化效率大打折扣。理论计算也证实，MgO 能自发实现N*的储存与反应，这是其成为高效载体的核心原因。

这项研究让人们对多相催化有了更深入的理解，打破了“载体主要提供稳定，分散金属中心，并‘电子供给’作用”的传统认知，为催化剂载体的设计提供了全新思路，为绿色氨合成技术的发展拓宽了道路。未来，基于这一机制设计的新型催化剂，有望大幅降低氨合成的能耗与成本，助力农业和氢能产业的低碳升级，让百年经典工艺焕发新活力！

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Stabilizing active N species on support for enhancing ammonia synthesis

https://doi.org/10.1093/nsr/nwag097

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