化学化工学院丁欣教授团队在人工固氮领域取得突破进展

新闻网讯 近日，化学化工学院丁欣教授团队在空气直接制硝酸研究中取得突破性进展。相关成果以“Acetaldehyde-mediated Direct Conversion of Air to Nitric Acid”为题发表于国际顶级期刊Journal of the American Chemical Society（DOI:doi.org/10.1021/jacs.6c14148）。2022级化工专硕梁志伟（现天津大学博士生）为第一作者，丁欣教授、刘霞副教授与天津大学王勇教授为共同通讯作者。该研究得到国家自然科学基金面上项目、山东省优秀青年基金及泰山学者（青年）计划等支持。

硝酸是化肥和化学工业的重要原料。目前，工业硝酸生产通常先通过哈伯–博施法将氮气还原为氨，再通过奥斯特瓦尔德法将氨氧化为硝酸，涉及“先还原、后氧化”的多步转化及高温过程。探索不经氨中间体的空气直接制硝酸新路径，有望简化生产流程，为发展分布式硝酸制造技术、推动绿色化工发展提供新思路。然而，氮气分子难以活化，活性氧的有效供给与界面利用也受到限制。因此，如何通过反应耦合提供化学驱动力，并协同促进氮气活化与活性氧的有效利用，是实现氮气直接氧化制硝酸的关键科学问题。

针对上述问题，研究团队以商业316L不锈钢为催化剂，乙醛为共氧化剂，构建首个非等离子体路线的空气硝酸化连续流体系。研究表明316L不锈钢能够在富氧环境下保持催化活性，既促进氮气分子活化，又催化乙醛与氧气反应生成过氧乙酸。在光作用下，过氧乙酸进一步形成乙酰过氧自由基，推动不锈钢表面的氮气逐步氧化为硝酸。在反应体系创新的基础上，搭建常压气相连续流反应体系，实现连续720 h（30天）的无衰减稳定硝酸制备，完成空气硝酸化由概念验证向应用探索迈进。目前，团队正进一步开展体系放大与应用拓展研究。

近年来，研究团队专注于氮气氧化以及氮气直接有机化的研究工作，在催化结构设计（Angew. Chem. Int. Ed., 2020, 59, 10888；Adv.Mater., 2022, 34, 2108180）、机制导向动力学调控（Angew. Chem. Int. Ed., 2023,62, 202217635；Adv. Energy Mater., 2023, 13, 2300615；ACS Nano., 2025, 19, 21858）和氮气资源化利用（JACS, 2026,doi.org/10.1021/jacs.6c14148；Adv. Energy Mater., 2024, 14, 2400201；Adv. Energy Mater., 2025, 15, 2403216）等领域取得系列标志性研究成果，在人工绿色固氮，尤其在氮气氧化领域，形成鲜明、连续的研究特色。