“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(biāo)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(shù)交叉融合，構(gòu)建了綠氨合成新路徑，為解決當(dāng)前合成氨效率低或高碳排放問題提供了創(chuàng)新方案。”蘭州交通大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院教授、博士生導(dǎo)師褚克說。
圖為褚克(右一)和學(xué)生一起觀察薄膜材料的沉積效果。蘭州交通大學(xué)供圖
近日，褚克入選“全球前0.05%頂尖科學(xué)家”國際學(xué)術(shù)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(lǐng)域的最新研究成果連續(xù)登上《先進(jìn)材料》《自然·通訊》等國際著名學(xué)術(shù)期刊，引發(fā)學(xué)界矚目。
氨是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)和工業(yè)的關(guān)鍵基礎(chǔ)化學(xué)品，廣泛應(yīng)用于化肥生產(chǎn)、能源載體及環(huán)保脫硝等領(lǐng)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(biāo)與可持續(xù)發(fā)展需求驅(qū)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(tuán)隊(duì)長期從事金屬基催化材料的設(shè)計(jì)開發(fā)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究，在新型催化材料的制備與表征、電催化反應(yīng)過程的原位光譜分析、催化機(jī)制解析的計(jì)算模擬等方面開展了大量的研究工作，具備扎實(shí)的研究基礎(chǔ)和豐富的研究經(jīng)驗(yàn)。
圖為師生一起調(diào)配測試試劑。蘭州交通大學(xué)供圖
自2024年起，褚克開啟了等離子體-電催化技術(shù)用于高值化學(xué)品綠色合成的全新策略。“基于長期積累，扎實(shí)研究基礎(chǔ)，我們不斷在交叉學(xué)科領(lǐng)域?qū)ふ彝黄瓶?，最終開辟等離子體與電催化技術(shù)融合的綠氨合成新路徑。”褚克介紹說。
該研究將等離子體與電催化技術(shù)深度交叉融合，兼具氮源綠色化、反應(yīng)高效化和工藝節(jié)能化三重優(yōu)勢，契合國家“雙碳”目標(biāo)與可持續(xù)發(fā)展需求，為解決當(dāng)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(yīng)提供借鑒，并有望發(fā)展成為含氮高值化學(xué)品綠色合成的普適性工藝。
談及取得的成果，褚克說：“我們團(tuán)隊(duì)成員來自多學(xué)科領(lǐng)域，這樣的多學(xué)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(xué)研究過程中能夠持續(xù)取得創(chuàng)新突破的關(guān)鍵所在。”
目前，褚克教授組建的“先進(jìn)納米材料與能源催化”團(tuán)隊(duì)現(xiàn)有8名青年教師和30余名博士、碩士研究生，團(tuán)隊(duì)研究骨干擁有材料科學(xué)、物理化學(xué)、環(huán)境科學(xué)等多學(xué)科研究背景，充分體現(xiàn)了學(xué)科交叉融合的團(tuán)隊(duì)特色。團(tuán)隊(duì)首創(chuàng)“模塊化”科研體系，通過“任務(wù)模塊分解-模塊自主創(chuàng)新-成果集成驗(yàn)證”的創(chuàng)新科研模式，集中力量攻堅(jiān)克難，取得了顯著成效。
蘭州交通大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院黨委書記吳刊選表示，學(xué)院始終踐行“人才強(qiáng)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(xué)院的“雙向奔赴”，是“學(xué)院護(hù)航人才成長，人才反哺學(xué)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(diǎn)開展人才培養(yǎng)和科學(xué)研究，形成顯著優(yōu)勢和特色。在交通裝備新材料及先進(jìn)加工技術(shù)、新型光電材料與器件、功能界面材料及表面防護(hù)技術(shù)、新能源材料與器件等方面具有較強(qiáng)研究實(shí)力，取得了在國內(nèi)外有重要影響力的研究成果，推動國內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域科技進(jìn)步。
“科研沒有終點(diǎn)，只有不斷地挑戰(zhàn)與超越，未來我們將繼續(xù)攻堅(jiān)克難，并與相關(guān)企業(yè)深化合作，力爭將這項(xiàng)綠氨合成新技術(shù)推向市場應(yīng)用。我們有信心，也有責(zé)任，為實(shí)現(xiàn)國家‘雙碳’目標(biāo)貢獻(xiàn)更多智慧和力量。”褚克說。(完)
