记者从中国科学技术大学获悉，该校熊宇杰教授团队联合中国科学院电工研究所邵涛团队，在国际顶级学术期刊《自然·协议》 上发表了一项具有行业指导意义的研究成果——基于等离子体-电催化耦合的绿氨合成标准化实验方案。该方案首次系统性地提出了一套可在常温常压条件下、以空气和水为原料、依赖可再生电力驱动的高效合成“绿氨”的方法体系，并提供了从材料制备、反应器搭建到数据评估的全流程标准化指南。
一、为什么绿氨合成如此重要？
氨不仅是化肥工业的基石，更是氢能载体、清洁燃料和储能介质，在能源转型中扮演战略角色。然而，传统哈伯-博施法合成氨依赖高温（400–500°C）、高压（15–25 MPa），能耗巨大且年碳排放量超4亿吨，占全球总排放的1.8%。因此，“绿氨”——即通过可再生能源驱动的零碳合成氨——成为化工与能源交叉领域的攻关焦点。
二、技术突破：从“两步法”设计到系统集成
熊宇杰团队提出的技术路线的核心创新在于巧妙耦合两种反应系统：
前端等离子体活化：采用滑动弧放电等离子体反应器，将空气中惰性的氮气（N₂）高效活化为氮氧化物（NOx），突破N≡N键解能高的瓶颈；
后端电催化还原：通过膜电极组件（MEA）反应器，将氮氧化物溶液中的硝酸根（NO₃⁻）高选择性电还原为氨（NH₃），避免了传统氮还原反应（NRR）速率低、副反应多的问题。
该设计不仅显著提升合成效率，更具备原料灵活性：氮氧化物既可来自空气活化，也可源自工业废气（如硝酸厂尾气），为废弃资源化提供新路径。
三、标准化方案的内容与实操价值
论文详述了以下关键环节的标准化操作：
催化剂制备：包括钙钛矿氧化物的合成与电极修饰工艺，确保催化活性与稳定性；
反应器配置：明确等离子体发生器与电化学池的耦合方式、气流与电解液的参数协调；
运行控制：涵盖电压、流速、pH值等关键参数的优化区间；
数据分析：提供氨产量、法拉第效率、能量效率的计算规范与误差控制方法。
据团队透露，完成整套系统的搭建与联调约需72小时，一次完整的反应测试周期约为200小时，而关键的表征环节（如原位电化学测试）可在3小时内完成。这种模块化、可重复的方案极大降低了研究门槛，有利于不同实验室间数据比对与技术迭代。
四、应用前景与行业影响
该技术有望推动合成氨从集中式重化工程式向分布式、柔性化模式转变：
适用于可再生能源富集区域（如风电、光伏基地）的就地制氨；
可与农业、污水处理厂等场景结合，实现氮素循环利用；
为氢能储运提供低成本、高安全性的氨基解决方案；
带动等离子体-电催化耦合技术在化工合成领域的更广泛应用。
熊宇杰教授强调，这一标准化框架“不仅是一个实验方案，更为未来绿氨技术的规模化验证与产线设计提供了基础范式”。
这项工作标志着中国在低碳合成氨技术体系中从材料创新迈向了工程方法论输出的新阶段，也为国际零碳化工提供了来自中国的基础协议支撑。