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氨是世界上最重要的基础化学品之一，广泛应用于现代工农业生产中。然而，传统的合成氨工艺(哈伯-博施工艺)需要在高温高压下进行反应，这导致了高能耗和大量温室气体的排放。电催化氨合成技术可以在常温常压下实现氨合成，是目前公认的绿色、节能、高效的碳减排技术。其中，设计和制备高活性、高稳定性的电催化剂是该技术实际应用的关键。近日，南京工业大学研究组证明，新型单原子催化剂“Mo单原子负载二维磷化硼催化剂”(Mo/BP)是一种很有前途的电化学氨合成催化剂，有望大幅提高氨的产率，减少物质能量的浪费。这一成果日前发表在《能源与环境材料》上。

目前，在全球低碳经济和中国可持续发展战略理念的影响下，开发一种新的绿色合成氨技术来替代传统的Haber-Bosch工艺是研究热点之一。其中，电催化还原氮气合成氨技术具有独特的优势，如可以利用大气中的氮气作为氮源，水作为氢源，反应原料来源广泛，反应条件温和，有望实现分布式绿色合成氨生产等。是公认的绿色、节能、高效的碳减排技术，可以实现常温常压合成氨。

电催化氨合成技术实际应用的关键是设计和制备具有高活性和稳定性的电催化剂。为了筛选出这样的催化剂，我们采用有缺陷的二维磷化硼(BP)作为载体材料，然后在BP上负载12种过渡金属单原子作为新的单原子氨合成催化剂。”吴玉平教授介绍，团队采用高效的密度泛函理论研究方法，系统研究了各自的催化性质。通过研究和筛选，发现钼单原子负载二维磷化硼催化剂材料不仅具有氮活化和还原氨合成的高效性，而且在抑制析氢竞争反应方面也有突出的表现。

“合成氨本质上是一个还原反应。氮分子在常温常压下是惰性的，钼单原子负载的二维磷化硼催化剂材料可以活化它们，从而促进还原反应过程。而且这种催化剂还可以减少反应过程中氢气的释放，抑制析氢的竞争反应。”相关研究成果的成功从理论上证明了新型催化剂对氨合成反应的进程具有重要作用，将对实验应用产生直接影响，对氨生产和单原子电催化剂在高效碳减排氨合成技术发展中的应用具有重要意义。