利用波动性可再生能源实现分布式绿色合成氨一直是备受追求的目标。非热等离子体技术因其温和条件下高效活化惰性氮分子的能力而展现出应用潜力，特别是具备可扩展性、无辐射性和长寿命的射频等离子体技术。然而，催化剂与电磁场间耦合效率低及表面催化活性不足限制了该技术的能量效率，成为工业化应用的主要瓶颈。

有鉴于此，吉林大学的李路教授团队开发了一种易于规模化制备的AuCu₃/Cu复合催化剂。在射频等离子体驱动下，该催化剂通过金属Cu天线和表面AuCu₃催化位点的协同作用，使单程氨产量提高20倍（接近10%），其能量产率达到0.19 g_NH3/kWh，显著优于传统铁或钼基催化剂的0.025 g_NH3/kWh。

研究表明，金属铜在射频等离子体驱动氨合成中展现优异性能，且其活性与尺寸显著相关。光学发射光谱和COMSOL电磁场仿真表明，分米级金属Cu天线能够高效耦合射频电磁场，在毫米级范围内显著增强局部电场，从而促进活性氮物种（如氮自由基和振动激发氮分子）的生成。AuCu₃催化位点的引入则进一步加速了氨合成速率。

该催化剂通过化学置换法结合等离子体原位处理制备，可实现大规模、低成本生产，为工业化应用奠定基础。

活化能研究表明，Cu天线通过局部电场增强效应促进氮活性物种的产生，从而强化氮自由基介导的Eley-Rideal反应路径；而AuCu₃纳米合金的高表面活性则可促进振动激发氮分子介导的Langmuir-Hinshelwood反应路径。两者协同，实现氨合成效率的全面增强。

进一步的机理研究表明，由于下移的d带中心和独特的Cu-Au界面结构，修饰于Cu天线表面的AuCu₃纳米合金可显著降低活性NH_X（x=0,1,2）物种的氢化能垒（反应的速率控制步骤），并有效促进氨在较低温度下的脱附。

总之，易于规模化制备的AuCu₃/Cu复合催化剂在射频等离子体驱动氨合成中展现出高效且稳定的催化性能。本研究为射频等离子体氨合成的工业化应用提供了全新思路，并有望助力绿色能源目标的实现。

Synergistic Enhancement of Plasma-Driven Ammonia Synthesis Using a AuCu₃/Cu Composite Catalyst

Zhenlu Li, Dr. Shize Liu, Qingyun Zhan, Jiayang Li, Zihao Zhang, Yumeng Qian, Prof. Yiyu Cai, Prof. Xiaoyue Mu, Prof. Lu Li

文章的第一作者是吉林大学的博士研究生李振路

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202424165