“氨是重要的化工原料和能源載體，而目前合成氨方法存在合成效率低或高碳排放等問題，與國家‘雙碳’目標政策相悖。針對此問題，我們另辟蹊徑，以空氣與水為原料，將等離子體與電催化技術交叉融合，構建了綠氨合成新路徑，為解決當前合成氨效率低或高碳排放問題提供了創(chuàng)新方案?！碧m州交通大學材料科學與工程學院教授、博士生導師褚克說。

圖為褚克(右一)和學生一起觀察薄膜材料的沉積效果。蘭州交通大學供圖

近日，褚克入選“全球前0.05%頂尖科學家”國際學術影響力排名榜單，成為甘肅省9名入選者之一，他在新能源材料領域的最新研究成果連續(xù)登上《先進材料》《自然·通訊》等國際著名學術期刊，引發(fā)學界矚目。

氨是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)和工業(yè)的關鍵基礎化學品，廣泛應用于化肥生產(chǎn)、能源載體及環(huán)保脫硝等領域，然而傳統(tǒng)工業(yè)上主要依賴Haber-Bosch法合成，這一過程存在高能耗、高碳排放等問題。在國家“雙碳”目標與可持續(xù)發(fā)展需求驅動下，亟需開發(fā)高效、低碳、低能耗的綠氨合成新途徑。

褚克團隊長期從事金屬基催化材料的設計開發(fā)與應用基礎研究，在新型催化材料的制備與表征、電催化反應過程的原位光譜分析、催化機制解析的計算模擬等方面開展了大量的研究工作，具備扎實的研究基礎和豐富的研究經(jīng)驗。

圖為師生一起調配測試試劑。蘭州交通大學供圖

自2024年起，褚克開啟了等離子體-電催化技術用于高值化學品綠色合成的全新策略。“基于長期積累，扎實研究基礎，我們不斷在交叉學科領域尋找突破口，最終開辟等離子體與電催化技術融合的綠氨合成新路徑?！瘪铱私榻B說。

該研究將等離子體與電催化技術深度交叉融合，兼具氮源綠色化、反應高效化和工藝節(jié)能化三重優(yōu)勢，契合國家“雙碳”目標與可持續(xù)發(fā)展需求，為解決當前氨電合成效率低或間接碳排放問題提供了創(chuàng)新方案。同時，該路徑可為其它電催化反應提供借鑒，并有望發(fā)展成為含氮高值化學品綠色合成的普適性工藝。

談及取得的成果，褚克說：“我們團隊成員來自多學科領域，這樣的多學科背景不僅豐富了我們的研究視角，也容易碰撞出更多的創(chuàng)新思路，這是我們在科學研究過程中能夠持續(xù)取得創(chuàng)新突破的關鍵所在?！?/span>

目前，褚克教授組建的“先進納米材料與能源催化”團隊現(xiàn)有8名青年教師和30余名博士、碩士研究生，團隊研究骨干擁有材料科學、物理化學、環(huán)境科學等多學科研究背景，充分體現(xiàn)了學科交叉融合的團隊特色。團隊首創(chuàng)“模塊化”科研體系，通過“任務模塊分解-模塊自主創(chuàng)新-成果集成驗證”的創(chuàng)新科研模式，集中力量攻堅克難，取得了顯著成效。

蘭州交通大學材料科學與工程學院黨委書記吳刊選表示，學院始終踐行“人才強院”的發(fā)展理念，積極支持優(yōu)秀青年人才脫穎而出。褚克教授與材料學院的“雙向奔赴”，是“學院護航人才成長，人才反哺學院發(fā)展”模式縮影。

多年來，該院聚焦“軌道交通”行業(yè)特色和“西部地域與環(huán)境”特點開展人才培養(yǎng)和科學研究，形成顯著優(yōu)勢和特色。在交通裝備新材料及先進加工技術、新型光電材料與器件、功能界面材料及表面防護技術、新能源材料與器件等方面具有較強研究實力，取得了在國內外有重要影響力的研究成果，推動國內外相關領域科技進步。

“科研沒有終點，只有不斷地挑戰(zhàn)與超越，未來我們將繼續(xù)攻堅克難，并與相關企業(yè)深化合作，力爭將這項綠氨合成新技術推向市場應用。我們有信心，也有責任，為實現(xiàn)國家‘雙碳’目標貢獻更多智慧和力量?！瘪铱苏f。