维度网讯，德国科学家团队开发出一种催化剂生产方法，通过磁场辅助合成使电化学硝酸盐转化过程中的氨产量提升至原有的三倍，这为化肥生产的脱碳路径提供了新的技术思路。

来自亥姆霍兹柏林材料与能源中心（Helmholtz-Zentrum Berlin）和科隆大学（University of Cologne）的研究人员在合成钴铁氧体（CoFe₂O₄）电催化剂时，施加1特斯拉的磁场，结果显著改善了该材料将硝酸盐转化为氨的性能。相关成果已发表在《先进功能材料》（Advanced Functional Materials）期刊上。

这项研究关注的是一种替代传统的哈伯-博世法（Haber-Bosch process）的工艺方案。哈伯-博世法是已有百年历史的工业氨生产方法，目前其能耗约占全球能源消耗总量的1%至2%，且每年产生近1%的温室气体排放。电化学硝酸盐还原因能耗相对较低，同时可处理集约农业产生的过量硝酸盐污染，成为科学家探索的新路径。

研究结果显示，在磁场条件下合成的催化剂，其氨产量是未施磁场条件下生产的相同材料的三倍。研究人员分析认为，磁场改变了催化剂的表面结构，并对催化活性钴离子起到了稳定的作用，从而提高了硝酸盐还原的效率，同时也抑制了竞争性的产氢副反应。

性能最佳的催化剂是在1特斯拉磁场下合成的CoFe₂O₄，其氨产量是采用类似方法制备的氧化铁催化剂的22倍，这一结果凸显了钴元素在反应中的关键作用。通过计算模型验证，实验现象与机理推测保持一致：钴降低了硝酸盐还原过程中的动力学势垒，并减少了不必要的副反应。

研究人员指出，这种方法提供了一种可扩展的方案，用于设计更高效的电催化剂。与一些需要全程施加磁场的工艺不同，该工艺中磁场仅在催化剂制造阶段使用，而氨的生产过程无需继续施加磁场。

该研究认为，磁场可以像温度和压力一样，成为在原子层面调控催化剂性能的一种额外工具，或可加速开发用于可持续化学品和肥料生产的下一代技术。

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