文章导读
空气，未来可以直接变成氨。西安交大周仁武教授团队，颠覆性地将等离子体技术与电催化结合，打通了“空气 → 氮氧化物 → 氨”的全新路径。他们不仅解决了传统合成氨的碳排放难题，更绕过了对化石燃料的依赖，直接从空气中获取原料。这项成果发表于顶级期刊，其核心在于一种创新的复合等离子体构型和高效催化剂，实现了低能耗、高产率的连续生产，为绿色能源与农业的可持续未来，提供了极具潜力的技术方案。
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氨是农业与化工领域的重要基础原料，也被视为一种潜力巨大的绿色能源载体。为实现可再生电力驱动的低碳制氨，电化学硝酸根还原合成氨（NO3RR）技术近年来备受关注。该技术不仅反应条件相对温和、体系成熟，且在热力学上具有显著优势。然而，其能否真正实现低碳化生产，关键取决于硝酸盐的来源。目前，工业硝酸盐仍高度依赖传统的哈柏—博施工艺，而废水中的硝酸盐则浓度低、杂质多，难以支撑稳定、可持续的氨生产。因此，获取绿色、可再生、低成本的氮氧化物（NOx–）原料，成为推动 NOxRR 技术走向规模化、可持续化的核心挑战。
近日，西安交通大学电气工程学院等离子体生物医学中心周仁武教授团队在绿色合成氨领域取得重要进展。针对当前电化学硝酸根还原（NO3RR）制氨技术仍依赖工业硝酸盐、难以实现真正可持续的关键瓶颈，研究团队创新提出“等离子体—电催化耦合”的空气制氨新策略：首先利用等离子体技术，直接从空气中连续生成组分可调的氮氧化物（NOx–）电解质，进而与后续电催化制氨过程实现无缝衔接与系统集成。该研究将空气等离子体氧化与电催化还原有机结合为一个整体系统，并统一考量两个关键设计问题：一是如何调控进入吸收段的氧化性物种组成，二是如何优化电催化界面的质子供给与转移过程。通过对比五种空气放电方式，团队发现，采用并联介质阻挡放电（DBD）与滑动弧（GA）的复合等离子体构型，可高效促进空气中氮的氧化，并实现产物的稳定吸收，在碱性条件下获得高浓度液相 NOx–，可直接用作合成氨的电解质。在此基础上，团队进一步研制出 Ni(OH)2@Cu 纳米线异质界面电催化剂，使系统在大电流密度下仍保持高氨产率（5.18 mmol h-1 cm-2），并显著降低整体能耗（2.89 kWh·mol-1）。机理研究表明，该异质界面处的高电荷密度能有效增强表面 *H 的吸附与活化能力，降低 *NO 氢化的反应能垒，同时抑制析氢副反应，实现对界面“质子经济”的精准调控。该工作系统打通了“空气 → NOx– → 氨”的完整转化路径，为可再生电力驱动的高效、低碳合成氨提供了具有潜力的新工艺与设计思路。
该成果以《通过等离子体驱动的NOx–供应与界面工程电催化实现高效空气制氨》（Efficient NH3 Production from Air via Plasma-Driven NOx– Supply and Interface-Engineered Electrocatalysis）为题，发表于能源催化领域顶级期刊《应用催化B：环境和能源》（Applied Catalysis B: Environmental and Energy，影响因子 21.1）。论文第一作者为西安交通大学博士生樊洁平，通讯作者为周仁武教授、孙静助理研究员和唐俊马教授。
该项工作得到了国家自然科学基金、中国博士后科学基金及西安交通大学基础科学研究基金等项目支持。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2026.126436
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