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记者8月20日从天津大学获悉，该校机械工程学院、能源学院的焦魁教授课题组，围绕电催化氨氧化反应的动力学特性开展系统研究，为低温氨—电转换技术的工程应用提供了机理分析与理论指导。该成果于8月17日发表于《国家科学评论》。文章的通讯作者为焦魁教授，共同第一作者为博士生赖彦辰与王博文教授。
氨，作为一种高能量密度的无碳燃料，被视为未来储存和运输可再生能源的理想“载体”。然而，传统上氨能的高效利用往往需要高温条件（如高温氨裂解制氢），这限制了其在小规模、分布式场景下的应用。电催化氨氧化反应（AOR）是在适温下（25—80℃）实现氨能直接利用的一条有效途径，它既可以与氧还原反应联用，构成直接氨燃料电池用于电力生产，又可以与析氢反应耦合，构成氨电解池用于氢气制取。
但AOR过程非常“敏感”“善变”。温度、氨水浓度、电位等环境因素稍有变化，反应动力学就会表现出复杂的变化，而且这种变化规律长期以来并不清晰，成为制约直接氨燃料电池和氨电解池实际性能提升的“瓶颈”。
AOR过程与动力学特性
课题组针对这一痛点，自主搭建了一套能够灵活模拟多种工况的AOR测试体系。他们将电化学“体检”（测试）与原位表面增强拉曼光谱（一种可以实时“捕捉”反应中间物种的技术）相结合，像“现场直播”一样观察了反应过程中分子层面的动态变化。
研究中最关键的发现是：在常用的铂铱合金（PtIr）催化剂上，AOR并非只走“独木桥”。除了已知的传统反应路径外，还存在一条额外的氮氧化还原循环旁路。这条旁路会产生一种叫*N3的活性中间体，它像个“钉子”一样牢牢吸附在催化剂表面，占用了宝贵的催化活性位点。这解释了一个长期困扰领域的现象——为什么当氨水浓度过高时，反应反而会“自我抑制”变慢。
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