【综述】陈萍研究团队Adv. Mater.：氨基能源存储与转化的新材料与新方法- 大数跨境

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2021-04-18

导读：中国科学院大连化学物理研究所的陈萍、郭建平研究团队总结了近年来以“氨作为能源载体”为目标开展的相关新方法和新材料方面的研究进展

题记：值此厦门大学建校100周年之际，谨为厦门大学百年校庆献礼！

可再生能源的储存和运输是制约其大规模使用的瓶颈。氨，作为一种化学储能载体，近年来逐渐受到学术界及产业界的广泛关注。这主要是由于氨具有一些非常重要的属性，比如氨分子中不含碳元素，且氨具有较高的储氢量（17.6 wt%），高的质量能量密度（22.5 MJ/kg）和体积能量密度为（11.5 MJ/L，高于液氢 8.491 MJ/L），便于储存和运输，人们在氨的合成及使用方面具有非常成熟的实践经验等。

氨作为能源或氢源载体，其内涵主要包括氨的绿色合成、氨的分离与储运以及氨的利用和转化三个方面（图1）。近年来，世界上许多国家政府、研究机构及知名企业对此进行积极部署，取得了诸多的新进展，许多新材料与新方法不断涌现。

图1. 可再生能源驱动的氨的合成、分离及利用的氨基能源体系示意图。

基于以上背景，中国科学院大连化学物理研究所的陈萍、郭建平研究团队总结了近年来以“氨作为能源载体”为目标开展的相关新方法和新材料方面的研究进展，并对这些过程所面临的科学挑战和机遇进行了分析和讨论。在合成氨方面（图2），首先介绍了当前“绿色合成氨”的社会需求，随后分别介绍了不同合成氨方式（热催化、化学链、光电催化、等离子体催化）所具有的优势及存在的挑战，重点介绍了（多相、电、光及等离子体）催化新材料、化学链载氮体等方面的研究进展，并对各种合成氨方式未来的研发思路进行了评述。在氨的利用与转化方面（图3），首先阐述了氨能源利用的目标，随后从氨热分解制氢、氨电氧化制氢、氨电解制氢、氨燃料电池和氨催化燃烧等方面，介绍了不同氨利用方式的优势，面临的挑战，以及在多相催化材料、电极材料开发方面的最新研究进展，并分别对各种氨利用方式在未来的研发思路进行了评述。同时也对氨的分离、存储及消除所需的吸收与吸附材料方面的研究进展进行了介绍。结论部分，本文对氨基能源的研究前景进行了展望，并指出未来的研究可能需要集合催化化学、光/电化学、材料科学、化学工程等领域的知识，共同解决氨基能源研究所面临的难题。

图2. 氨合成的研究目标及各种合成氨方式的优势、挑战及未来研究思路。

图3. 氨利用的研究目标及各种氨利用方式的优势、挑战及未来研究思路。

该工作以“Progress Report”的形式发表在Advanced Materials 上，文章的第一作者为常菲博士（苏黎世联邦理工学院）和高文波博士（大连化物所副研究员）。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面）：

Emerging Materials and Methods toward Ammonia‐Based Energy Storage and Conversion

Fei Chang, Wenbo Gao, Jianping Guo, Ping Chen

Adv. Mater., 2021, DOI: 10.1002/adma.202005721

陈萍研究员简介

陈萍研究员长期从事储氢材料、多相催化及氨能源相关的研究。在储氢研究领域，开创了金属氮基化合物（Nature，2002）、金属氨基硼烷（Nat. Mater.，2012）及金属有机氢化物（Angew. Chem. Int. Ed.，2019）三类储氢材料体系。在合成氨方面，提出了“过渡金属-氢化物”双中心合成氨催化剂的设计策略 (Nat. Chem., 2017)，以及建立了金属亚氨基化物作为载氮体的低温化学链合成氨新体系（Nat. Energy，2018）。

陈萍研究员于1991、1994、1997年获得厦门大学本、硕、博学位。毕业后受聘于新加坡国立大学，历任Research Fellow、Senior Research Fellow、Assistant Professor和Associate Professor。2008年作为特聘研究员带领其团队加入中科院大连化学物理研究所。2011年荣获中国青年女科学家奖，2012年获基金委杰出青年科学基金项目支持，2019年入选国家“万人计划”科技创新领军人才，同年在第十届世界清洁能源部长级会议荣获“创新使命领军者（Mission Innovation Champions）”称号。目前担任国际能源署氢能执委会委员及中方代表、国际氢能联合会国际顾问；担任Journal of Energy Chemistry副主编、Journal of Physical Chemistry、CHEM、ChemSusChem国际咨询委委员、Scientific Reports编委等。曾担任美国材料学会春季大会主席（2011），高登会议金属氢体系大会副主席（2019）、主席（2021）等。

郭建平研究员简介

郭建平研究员于厦门大学获得学士和硕士学位，之后在中国科学院大连化学物理研究所获得理学博士学位。2019年获基金委优秀青年科学基金项目支持。目前主要从事化学固氮与合成氨，以及氢化物材料在多相催化中的应用研究。

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