《ChemSusChem》：共轭配位聚合物催化剂在电化学合成氨中的研究进展

Conjugated Coordination Polymer Catalysts for Ammonia Electrosynthesis

Shouhan Zhang, Li Qing, Jiaxin Zhang, Ziwei Ma, Shuting Zhan, Longsheng Zhang*, Tianxi Liu*

ChemSusChem 2025, DOI: 10.1002/cssc.202501807

氨是一种重要的化工原料和肥料，在农业和工业领域有着广泛的应用。然而，传统的工业氨合成主要依赖能耗高且反应条件苛刻的哈伯-博施工艺，与我国“双碳”的可持续发展战略目标相悖。利用可再生电能进行电化学合成氨，具有操作条件温和、反应体系环保等优势，已成为高效合成氨的一种极具前景的替代方法。目前电化学合成氨的研究主要集中在两种反应类型上：氮还原制氨反应（NRR）和硝酸盐还原制氨反应（NRA）。然而，NRR过程在水系电解质中受到氮气溶解度低、N≡N键解离能高以及竞争性的析氢反应限制，导致氨产率和法拉第效率难以提升。在非水系电解质中，虽然能够抑制析氢反应，但也会带来质子源快速消耗、电解质成本升高以及环境问题等问题。相比而言，硝酸盐中的N=O键解离能低于氮气中的N≡N键，且在水中的溶解度较高，NRA过程能实现更快的反应速率，使其在实际电合成氨方面具有显著潜力。然而，该方法也面临自身挑战，复杂的八电子转移路径会生成多种副产物，使得催化剂的选择性和氨产率受限。

作为一类新兴催化剂，共轭配位聚合物（CCP）是共轭有机配体与金属节点之间的配位键形成扩展的共轭框架。金属中心与芳香配体之间的π-d相互作用进一步促进了电子离域，有利于电催化过程中快速的电子转移动力学，突破电合成氨反应中法拉第效率及氨产率低等问题。基于此，本课题组系统总结了共轭配位聚合物催化剂应用于电合成氨领域的最新研究进展，重点关注共轭配位聚合物催化剂材料的设计策略（中心金属原子调控、配位结构调控、配体结构设计和缺陷工程）。此外，本综述论文讨论分析了共轭配位聚合物催化剂应用于电合成氨领域的挑战和机遇。

本论文第一作者为江南大学博士研究生张守罕，通讯作者为江南大学刘天西教授和张龙生副教授。

论文连接：https://doi.org/10.1002/cssc.202501807