近日，华南理工大学化学与化工学院王海辉教授团队利用MXene作为催化剂活性中心实现了氨的电化学高效合成。研究成果以“Efficient Electrocatalytic N2 Fixation with MXene under Ambient Conditions”为︽题在线发表在国际顶级期刊Cell的子刊《Joule》上（https:// doi.org/10.1016/j. joule.2018.09.011）。该论文第一作者为华南理工大学博士研究生罗亚茹、陈高峰，通讯作者为华南理工大学丁良鑫研究员和王海辉教授，华∩南理工大学为论文的唯一单位。

原※理示意图

　　据介绍，论文作者利用MXene表面的负电性，巧妙地将二维MXene片有序负载在具有弱析氢能力①的宿主金属表面，并通过进一步调控MXene片尺寸和宿主金属的生长取向，实现了对活性位点最大程度的暴露。同时，通过这种立体的空间设计以及雇佣具有弱析氢能力的宿主，不仅合理的抑制了析氢竞争反应，而且促进了氮气在催化剂电极上的扩散吸附，进而有效地提高了MXene催化剂的№氮还原活性和选择性，从而实现常温常压下高效的电化学固氮。这项工作证明了二维MXene材料在电化学固氮反应的应用潜力，为合理设计高效电化学固氮催化剂提供了一种新的思路。（图文/通讯员 丁良鑫 化学与化工学院　编辑/赵春旭）

附：背景资料

　　氨是现代工业和农业生产最为基础的化工原料之一，对人类的生产、生活等方面有着至关重要的︾作用。氨的人工合成最初源起于德国Adolph Frank等人发明的“氰化法”，但受制于制备原料∏及过高的能耗，该制备工艺没有得到¤大规模应用。后来，在20世纪初，Fritz Haber（1918年诺贝尔奖々得主）和Carl Bosch（1931年诺贝尔奖得主）等人发现以锇（后来是以◤铁为主要活性组分的复合物）作为催化剂，可直接将氮气和氢◤气在高温高压下反应得到氨气（即Haber-Bosch法），且产率最高可达到20%。这一方⊙法开启了合成氨的大规模工业化进程，人类自此实现了人工固氮的集约化和规□模化发展，从而直接推动了全球粮食产量和人口数量史无前例地增长。然而该方法虽经过百多年的发展，仍需←要在高温高压条件下进行，能耗高，二氧化碳排放量大。因此，在常温常压下高效反应合成氨，是科学家们梦寐以求的技术；特别是如果合成氨过程中的【驱动能量能由可持续的绿色能源供给，则将彻底解→决Haber-Bosch法合成氨所面临的涉及能耗、污染以及安全性等方面的问题。

　　近年来，一些基于光催化、电催化的固氮体↓系被陆续证实可利用可再生能源在常温常压下实现氮还原固氮，但由于N2中的N≡N非常稳定，在常温常压下，真实的效率尚难超过1%，且氮气的扩散〖和吸附问题难以解决。因此，如何构建像固氮酶那样精巧的催化剂，将是常温常压下『高效固氮的主要挑战。