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以近乎零排放為標(biāo)簽的綠色甲醇和綠氨是關(guān)鍵能源化學(xué)品，其主流合成工藝依賴高溫、高壓的嚴(yán)苛條件。10月14日，記者從山東大學(xué)獲悉，該校化學(xué)與化工學(xué)院鄧偉僑教授團隊實現(xiàn)了常溫常壓制取綠氨與常溫制取綠色甲醇的突破。兩項成果于近日連續(xù)發(fā)表于國際學(xué)術(shù)期刊《自然·通訊》上。

鄧偉僑教授告訴記者，利用可再生能源生產(chǎn)的綠氫、綠醇、綠氨、綠酸等關(guān)鍵能源化學(xué)品，是串聯(lián)可再生能源存儲、溫室氣體資源化利用與傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)低碳改造的關(guān)鍵“橋梁”，其高效合成技術(shù)直接關(guān)系“碳中和”目標(biāo)的落地進程。

“無論是綠氨還是綠醇，目前主流合成工藝普遍依賴高溫、高壓的嚴(yán)苛條件，不僅能耗巨大，也顯著推高了生產(chǎn)成本。”鄧偉僑說，我們在研究中實現(xiàn)了常溫常壓制取綠氨與常溫制取綠色甲醇，這一突破為碳中和關(guān)鍵化學(xué)品的低能耗、經(jīng)濟性合成，提供了全新的技術(shù)路徑與理論支撐。

氨是維系全球近半人口生存的核心化學(xué)基石。綠氨，是指用可再生能源（如風(fēng)能、太陽能）電解水制取的“綠氫”，再與空氣中的氮氣結(jié)合合成的氨，是能源轉(zhuǎn)型時代的革命性燃料，將重塑全球航運、電力及儲能格局。

“全球超過98%的氨生產(chǎn)依賴已沿用百年的哈伯-博施工藝。該工藝需使用鐵基催化劑，在嚴(yán)苛的400攝氏度以上高溫和10兆帕以上高壓下進行，能耗巨大。”鄧偉僑團隊成員于鐵副研究員表示。如何開發(fā)低能耗綠氨合成工藝？該團隊提出了一種鈷基催化劑，利用機械化學(xué)方法，在常溫常壓下實現(xiàn)了綠氨的連續(xù)高效合成。

該團隊還構(gòu)建了全流程零碳排放的太陽能驅(qū)動的綠氨合成系統(tǒng)，其能耗較文獻報道的“哈伯-博世”工藝縮小10倍。

甲醇是現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)的核心基石，其衍生物體系覆蓋全球 90%以上的基礎(chǔ)化工品類。綠色甲醇作為“液態(tài)陽光”的核心形態(tài)，可通過可再生電力制氫，經(jīng)二氧化碳捕集與加氫合成，是全球能源體系重構(gòu)的關(guān)鍵載體。將溫室氣體二氧化碳高效轉(zhuǎn)化為綠色甲醇被視為“變廢為寶”的關(guān)鍵途徑。然而，傳統(tǒng)二氧化碳加氫制甲醇技術(shù)需在280攝氏度以上高溫、5-10兆帕高壓下運行，不僅消耗大量能源，還面臨催化劑選擇性低、副產(chǎn)物多等問題。

鄧偉僑團隊成員任國慶副教授介紹，他們利用反應(yīng)機理導(dǎo)向方法合成出一種錨定在共價三嗪框架上的硫橋聯(lián)鉬雙原子催化劑，成功實現(xiàn)了常溫下二氧化碳加氫高效合成甲醇。

“常溫下二氧化碳變成了綠色甲醇，此舉開啟了綠色甲醇合成的新路線。”鄧偉僑表示，雙原子協(xié)同機制是解鎖常溫二氧化碳轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵“密碼”。

如何理解“雙原子協(xié)同機制”？鄧偉僑將之形容為二氧化碳激活與氫氣解離的“雙人舞”，即“催化劑中的兩個鉬原子各司其職——一個Mo（即硫橋連鉬）位點負責(zé)吸附并激活二氧化碳分子，使其從穩(wěn)定的線性結(jié)構(gòu)變?yōu)橐追磻?yīng)的中間體；另一個Mo位點則專門解離氫氣為活性氫原子，為后續(xù)加氫步驟‘供能’。這種分工既避免了單一活性位點的‘忙亂’，也避免了納米催化體系長距離活性物種的‘輸送’，大幅降低了反應(yīng)的能量門檻。”鄧偉僑說。

無論是常溫常壓氮氣加氫制綠氨還是常溫二氧化碳加氫制綠色甲醇，都指向一個行業(yè)痛點：當(dāng)前多數(shù)碳中和技術(shù)路線長期處于“投入大于收益”的負盈利狀態(tài)。在此背景下，常溫綠醇氨合成路線的突破，恰好為這一困境提供了破局思路，使得經(jīng)濟性碳中和路線成為可能。