近日，大连化物所能源催化转化全国重点实验室纳米与界面催化研究中心包信和院士团队在电化学合成氨研究中取得新进展。研究团队通过电化学原位重构策略，构建了高效电化学还原硝酸盐合成氨的铜-氢化钯（Cu–PdHx）界面活性位点，实现了膜电极电解器件中1000小时工业级电流密度制氨，并开展了合成氨电堆放大示范。

氨在农业生产和下一代无碳能源体系中发挥着重要作用。可再生能源驱动的电催化还原硝酸盐（NO3–）合成氨（NH3），是实现氨生产脱碳和氮资源循环利用的有效途径。然而，缓慢的反应动力学与竞争性的析氢反应是电化学合成氨面临的主要挑战，研制高性能催化剂和电解器件是提升电化学合成氨性能和促进其实际应用的关键。

在本工作中，团队研制了一种高性能的铜/钯（CuPd）催化剂，其在电化学反应条件下，原位形成具有高本征活性的Cu–PdHx界面位点。团队将该催化剂组装到碱性膜电解器中，实现了NH3的高效合成。研究发现，在总电流密度为5 A cm–2时，氨法拉第效率为85.3%，全电池电压为2.56 V，NH3产率达到19.9 mmol h–1 cm−2；该反应在2.0 A cm–2电流密度下能稳定运行1000小时。器件工况原位谱学表征结合密度泛函理论计算结果表明，双相界面的构建和PdHx相的原位形成共同提升了催化剂的本征活性，Cu–PdHx界面处氢物种的重新分布有效地调节了界面活性位点的局部电子结构，从而优化了NO3−吸附和NH3脱附。进一步，团队研制了5个串联的电极面积为100 cm2的膜电极电解电堆，开展了电化学合成氨放大示范：在电流为500 A时，NH3生成速率达到8.7 mol h–1，可在100 A电流以1.6 mol h–1的速率连续产氨100小时。

相关成果以“Copper–palladium hydride interfaces promote electrochemical ammonia synthesis”为题，发表在《自然-合成》（Nature Synthesis）上。该工作第一作者是大连化物所502组博士研究生付云凡和DNL17组王硕副研究员。上述工作得到中国科学院B类先导专项“能源电催化的动态解析与智能设计”、国家自然科学基金等项目的资助。