科技日报记者 王延斌 通讯员 车慧卿 王一晗
以近乎零排放为标签的绿色甲醇和绿氨是关键能源化学品，其主流合成工艺依赖高温、高压的严苛条件。10月14日，记者从山东大学获悉，该校化学与化工学院邓伟侨教授团队实现了常温常压制取绿氨与常温制取绿色甲醇的突破。两项成果于近日连续发表于国际学术期刊《自然·通讯》上。
邓伟侨教授告诉记者，利用可再生能源生产的绿氢、绿醇、绿氨、绿酸等关键能源化学品，是串联可再生能源存储、温室气体资源化利用与传统产业低碳改造的关键“桥梁”，其高效合成技术直接关系“碳中和”目标的落地进程。
“无论是绿氨还是绿醇，目前主流合成工艺普遍依赖高温、高压的严苛条件，不仅能耗巨大，也显著推高了生产成本。”邓伟侨说，我们在研究中实现了常温常压制取绿氨与常温制取绿色甲醇，这一突破为碳中和关键化学品的低能耗、经济性合成，提供了全新的技术路径与理论支撑。
氨是维系全球近半人口生存的核心化学基石。绿氨，是指用可再生能源（如风能、太阳能）电解水制取的“绿氢”，再与空气中的氮气结合合成的氨，是能源转型时代的革命性燃料，将重塑全球航运、电力及储能格局。
“全球超过98%的氨生产依赖已沿用百年的哈伯-博施工艺。该工艺需使用铁基催化剂，在严苛的400摄氏度以上高温和10兆帕以上高压下进行，能耗巨大。”邓伟侨团队成员于铁副研究员表示。如何开发低能耗绿氨合成工艺？该团队提出了一种钴基催化剂，利用机械化学方法，在常温常压下实现了绿氨的连续高效合成。
该团队还构建了全流程零碳排放的太阳能驱动的绿氨合成系统，其能耗较文献报道的“哈伯-博世”工艺缩小10倍。
甲醇是现代化学工业的核心基石，其衍生物体系覆盖全球 90%以上的基础化工品类。绿色甲醇作为“液态阳光”的核心形态，可通过可再生电力制氢，经二氧化碳捕集与加氢合成，是全球能源体系重构的关键载体。将温室气体二氧化碳高效转化为绿色甲醇被视为“变废为宝”的关键途径。然而，传统二氧化碳加氢制甲醇技术需在280摄氏度以上高温、5-10兆帕高压下运行，不仅消耗大量能源，还面临催化剂选择性低、副产物多等问题。
邓伟侨团队成员任国庆副教授介绍，他们利用反应机理导向方法合成出一种锚定在共价三嗪框架上的硫桥联钼双原子催化剂，成功实现了常温下二氧化碳加氢高效合成甲醇。
“常温下二氧化碳变成了绿色甲醇，此举开启了绿色甲醇合成的新路线。”邓伟侨表示，双原子协同机制是解锁常温二氧化碳转化的关键“密码”。
如何理解“双原子协同机制”？邓伟侨将之形容为二氧化碳激活与氢气解离的“双人舞”，即“催化剂中的两个钼原子各司其职——一个Mo（即硫桥连钼）位点负责吸附并激活二氧化碳分子，使其从稳定的线性结构变为易反应的中间体；另一个Mo位点则专门解离氢气为活性氢原子，为后续加氢步骤‘供能’。这种分工既避免了单一活性位点的‘忙乱’，也避免了纳米催化体系长距离活性物种的‘输送’，大幅降低了反应的能量门槛。”邓伟侨说。
无论是常温常压氮气加氢制绿氨还是常温二氧化碳加氢制绿色甲醇，都指向一个行业痛点：当前多数碳中和技术路线长期处于“投入大于收益”的负盈利状态。在此背景下，常温绿醇氨合成路线的突破，恰好为这一困境提供了破局思路，使得经济性碳中和路线成为可能。
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