利用波動性可再生能源實現(xiàn)分布式綠色合成氨一直是備受追求的目標(biāo)。非熱等離子體技術(shù)因其溫和條件下高效活化惰性氮分子的能力而展現(xiàn)出應(yīng)用潛力，特別是具備可擴(kuò)展性、無輻射性和長壽命的射頻等離子體技術(shù)。然而，催化劑與電磁場間耦合效率低及表面催化活性不足限制了該技術(shù)的能量效率，成為工業(yè)化應(yīng)用的主要瓶頸。 有鑒于此，吉林大學(xué)的李路教授團(tuán)隊開發(fā)了一種易于規(guī)?；苽涞腁uCu3/Cu復(fù)合催化劑。在射頻等離子體驅(qū)動下，該催化劑通過金屬Cu天線和表面AuCu3催化位點的協(xié)同作用，使單程氨產(chǎn)量提高20倍（接近10%），其能量產(chǎn)率達(dá)到0.19 gNH3/kWh，顯著優(yōu)于傳統(tǒng)鐵或鉬基催化劑的0.025 gNH3/kWh。 研究表明，金屬銅在射頻等離子體驅(qū)動氨合成中展現(xiàn)優(yōu)異性能，且其活性與尺寸顯著相關(guān)。光學(xué)發(fā)射光譜和COMSOL電磁場仿真表明，分米級金屬Cu天線能夠高效耦合射頻電磁場，在毫米級范圍內(nèi)顯著增強(qiáng)局部電場，從而促進(jìn)活性氮物種（如氮自由基和振動激發(fā)氮分子）的生成。AuCu3催化位點的引入則進(jìn)一步加速了氨合成速率。
該催化劑通過化學(xué)置換法結(jié)合等離子體原位處理制備，可實現(xiàn)大規(guī)模、低成本生產(chǎn)，為工業(yè)化應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。 活化能研究表明，Cu天線通過局部電場增強(qiáng)效應(yīng)促進(jìn)氮活性物種的產(chǎn)生，從而強(qiáng)化氮自由基介導(dǎo)的Eley-Rideal反應(yīng)路徑；而AuCu3納米合金的高表面活性則可促進(jìn)振動激發(fā)氮分子介導(dǎo)的Langmuir-Hinshelwood反應(yīng)路徑。兩者協(xié)同，實現(xiàn)氨合成效率的全面增強(qiáng)。 進(jìn)一步的機(jī)理研究表明，由于下移的d帶中心和獨特的Cu-Au界面結(jié)構(gòu)，修飾于Cu天線表面的AuCu3納米合金可顯著降低活性NHX（x=0,1,2）物種的氫化能壘（反應(yīng)的速率控制步驟），并有效促進(jìn)氨在較低溫度下的脫附。 總之，易于規(guī)?；苽涞腁uCu3/Cu復(fù)合催化劑在射頻等離子體驅(qū)動氨合成中展現(xiàn)出高效且穩(wěn)定的催化性能。本研究為射頻等離子體氨合成的工業(yè)化應(yīng)用提供了全新思路，并有望助力綠色能源目標(biāo)的實現(xiàn)。 論文信息 Synergistic Enhancement of Plasma-Driven Ammonia Synthesis Using a AuCu3/Cu Composite Catalyst Zhenlu Li, Dr. Shize Liu, Qingyun Zhan, Jiayang Li, Zihao Zhang, Yumeng Qian, Prof. Yiyu Cai, Prof. Xiaoyue Mu, Prof. Lu Li 文章的第一作者是吉林大學(xué)的博士研究生李振路 Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202424165
