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电化学合成氨研究进展
作者：刘畅 刘先军 刘淑芝 于忠军 崔宝臣 来源：《当代化工》2024年第03期
Research Progress in Electrochemical Ammonia Synthesis
LIU;Chang1，;LIU;Xian-jun1，;LIU;Shu-zhi12， YU;Zhong-jun1，;CUI;Bao-chen12 （1. College of Chemistry and Chemical Engineering， Northeast Petroleum University， Heilongjiang;Daqing 163318， China;
2. School of Chemistry Engineering， Guangdong University of Petrochemical Technology， Gangdong;Maoming 525000， China）
在全球范围内，氨（NH3）是重要的工业化学品，每年合成约2亿t，是主要的最终产品，也是一种重要的中间体[1
，2]
，
，
。氨被广泛用于各种工业部门，包括能源、制冷、运输、化肥
，4]
生产（超过80%的生产氨）和制药等[3。液氨中的氢含量为17.6%（wt），且易于储存和运
，6]
输，因此使用氨和相关化学品以及作为间接储氢材料受到了人们的广泛关注[5。
目前，Haber-Bosch工艺是合成氨的主要技术手段，该工艺采用Fe基催化剂，以H2作为反应原料，与N2在高温（400～600 ℃）和高压（20～40 MPa）下发生反应。但该工艺能耗极高，还受热力学要求的限制，氢单程转化率低[7的，制氢过程会产生大量的温室气体CO2[9
，10]
，8]
，且氢一般都是从天然气等化石燃料中获取
。随着化石燃料的减少以及全球变暖对环境的危
害，开发更经济的可持续性Haber-Bosch合成氨替代工艺具有重要的理论价值和现实意义。 近年来，越来越多的专家学者开始致力于对常压下电化学合成氨的研究，并取得了令人瞩目的研究成果。本文从高温电化学合成氨（>500 ℃），中温电化学合成氨（100～500 ℃）以及低温电化学合成氨（<100 ℃）三个方面对研究进行了归纳总结。
高温电化学合成氨就是在高温下，利用质子导体作电解质的电化学合成氨方法。在高温含氢条件下，钙钛矿型陶瓷具有很高的质子导电率[11]，一经发现便引起了人们的重视。1996年，Panagos和Stoukides等[12]提出可将高温质子导体用于电化学合成氨的理论模型。Marnellos等[13]在1998年首次报道了以固体氧化物质子导体作电解质，以Pd作阴极催化剂实现了电化学合成氨，最高产氨速率为4.5×10-9;mol·s-1·cm-2，最高电流效率为78%，引领了电化学合成氨的发展。此后，质子导体作为电解质高温电化学合成氨研究愈加活跃。2005年，Wang等[14]将萤石结构型复合氧化物La1.95Ca0.05M2O7?δ（M=Ce、Zr）作电解质电化学合成氨，在520 ℃下，La1.95Ca0.05Ce2O7?δ和La1.95Ca0.05Zr2O7?δ的最高产氨速率分别为1.3×10-9;mol·s-1·cm-2和2.0×10-9;mol·s-1·cm-2。同年，Li等[15]采用烧结的钙钛矿型复合物作为固体电解质，以Ag-Pd合
电化学合成氨研究进展
