近期，由德国美因茨约翰内斯·古腾堡大学化学系的Dandan Gao博士领导的研究团队，在可持续化学品生产领域取得进展。该团队开发出一种新型方法，用于通过电解过程可持续地生产氨和甲酸。相关成果已于本周发表于《应用化学国际版》。

氨是现代农业不可或缺的原料，甲酸也是一种重要的工业化学品。目前，工业上主要采用哈伯法合成氨，但该过程能耗巨大，并产生大量二氧化碳排放。利用可再生能源驱动的电解技术生产氨，被视为一条更具可持续性的替代路径，不过这一研究方向仍相对年轻。

“我们的研究目前取得了三项关键进展，”主导此项研究的Gao博士表示，“首先，我们开发了一种由铜、镍和钨组成的三元串联电催化剂，显著提高了电解过程中的氨产率。其次，我们通过采用脉冲电解而非静态电解，进一步提升了产率。第三，在这个耦合的电化学过程中，我们同时将甘油氧化，额外生产出甲酸作为联产品。”

据研究人员介绍，这种新型催化剂的设计旨在尽可能高效地实现硝酸盐电化学还原为氨。Gao博士解释了选择铜、镍、钨这三种金属的原因：“从硝酸盐获取氨，首先需要从硝酸盐中去除氧，这一步由铜催化。然后需要产生氢，镍在此步骤展现出催化优势。最后，产生的氢不能逸散到大气中或发生副反应，而必须选择性地与氮结合，这是钨的作用。”与之前被认为有前景的铜镍二元串联催化剂相比，新催化剂的氨产率提升了50%以上。

此外，使用脉冲电解替代静态电解，可使产率再提高17%。两者实验装置相同，主要区别在于施加在电极上的电位不同：静态电解保持电压恒定，而脉冲电解则在两个电压值之间持续交替。

该方法的另一亮点在于实现了价值产物的联产。在阴极还原硝酸盐生产氨的同时，阳极通常发生水氧化产生氧气，但氧气经济价值有限。在新方法中，研究人员用生物柴油生产的副产品甘油替代水进行氧化，从而生成了在化工和制药等领域有广泛用途的甲酸。

“通过这种方式，我们可以同时获得两种有价值的产品：阴极的氨和阳极的甲酸，”Gao博士说，“这两种反应的战略性耦合，凸显了该方法通过节能的耦合电解可持续生产高附加值化学品的潜力。”

此项工作为利用可再生能源电力，以更高效、联产的方式生产关键化工原料提供了新思路，推动了绿氨和绿色化学品制造技术的发展。

出版详情：作者：Christean Nickel 等人，标题：《可持续氨电合成与甘油增值通过自适应三元催化剂耦合》，发表于：《应用化学国际版》 (2026)。期刊信息：应用化学国际版