研究背景：

氨作为一种可再生的清洁能源和重要的化工原料，广泛应用于工业、农业和能源领域。目前，氨的工业生产依赖于在高温和高压条件下操作的Haber-Bosch工艺。另外，该过程仍然受到热力学平衡限制和化石燃料依赖性的限制。更关键的是，Haber-Bosch工艺的氢气原料主要来自天然气重整，进一步加剧了对化石燃料的依赖。因此，面对气候危机和能源转型的挑战，迫切需要开发出基于可再生能源的清洁氨合成技术。电化学硝酸盐还原反应（NO₃⁻RR）是一种很有前途的绿色合成技术，既能实现废水中硝酸盐污染物的资源化利用，又能为碳中和提供可持续的氨源。然而，目前推进NO₃⁻RR走向实际应用的关键挑战在于开发出在工业级电流密度（>300 mA cm⁻²）下保持优异活性、高选择性和长期稳定性的催化体系。

文章概述：

河北工业大学李春利教授、刘加朋副教授综述了NO₃⁻RR的机制和理论基础，系统地总结并探讨了工业级电流密度下催化剂的设计策略。更重要的是，通过技术经济分析和生命周期评估研究了NO₃⁻RR的经济可行性和环境影响。此外，提出了实现工业规模氨合成所面临的当前挑战以及未来的发展方向。

图文导读：

图1.工业级电流密度下NO₃⁻RR的总结

团队首先介绍了NO₃⁻RR的作用机理和理论基础，系统地总结和分析了工业级电流密度的催化剂设计策略，包括合金化方法、原位衍生化策略、异质结构构建、掺杂工程。此外，介绍了工业级NO₃⁻RR电解槽的研究进展，包括流动反应器和膜电极技术。同时，采用技术经济分析和生命周期评价研究NO₃⁻RR的经济可行性和环境影响。最后，阐明了目前工业电解条件下催化体系所面临的挑战，并提出了工业规模合成氨的未来发展方向，旨在促进硝酸盐污染物的增值电化学转化和发展NO₃⁻RR技术的工业应用。

论文信息：

Electrochemical Nitrate Reduction Reaction to Ammonia at Industrial-Level Current Densities

Zhijie Cui，Honghai Wang，Chunli Li*，Wenchao Peng，Jiapeng Liu*

Advanced Science

DOI:10.1002/advs.202523422

原文链接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202523422

期刊介绍：

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