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为解决传统哈伯 - 博施（Haber - Bosch，HB）制氨法高耗能、高碳排放问题，研究人员开展 CO?在 N?滑动弧等离子体中对铵（NH??）及氮氧化产物生成影响的研究。结果表明 CO?可提升产率，该研究为绿色氨生产提供新途径。
氨（NH?）在现代工业中占据着举足轻重的地位，它不仅是生产化肥、炸药等多种化合物的关键原料，在造纸、制冷、纤维和塑料等行业也有着广泛应用。更为重要的是，随着清洁能源发展需求的日益增长，氨因其高氢含量（17.6 wt%）和能量密度（10.5 MJ/l），逐渐成为备受瞩目的无碳氢载体，在长距离运输和中期存储方面展现出独特优势 。
然而，当前主流的哈伯 - 博施（Haber - Bosch，HB）制氨法却面临着严峻的挑战。这一方法每年虽能生产超 1.3 亿吨氨，但其能耗巨大，约占全球能源的 2%，并且由于依赖高温高压条件，会产生大量碳排放，对环境造成严重影响。在全球倡导绿色可持续发展的大背景下，探索更环保、低能耗的绿色氨合成技术迫在眉睫。
在此关键节点，来自多个研究团队的科研人员展开了深入研究。他们聚焦于非热等离子体辅助氨合成领域，尝试利用滑动弧等离子体这一创新技术来实现绿色氨的高效生产。该研究成果发表在《Fuel》杂志上，为氨合成技术的革新带来了新的曙光。
研究人员为开展此项研究，运用了多种关键技术方法。首先，设计并搭建了专门的滑动弧等离子体反应器，精确控制 N?和 CO?气体的流量及比例。通过光学发射光谱技术，检测等离子体中的活性物种。同时，采用离子色谱测定等离子体处理后水中 NH??、NO??和 NO??离子的浓度，利用 X 射线衍射（XRD）和傅里叶变换红外光谱（FT - IR）对等离子体处理后的铜泡沫表面进行表征。
光学性质研究
研究人员对纯 N?和 N? - CO?混合滑动弧等离子体的光学发射光谱进行测定。结果显示，纯 N?滑动弧等离子体的发射光谱中，特征峰主要源于 N??（310 nm、333 nm、353 nm 和 371 nm）、N??（394 nm、423 nm）和 N（550 - 800 nm 范围）。而在不同 N?与 CO?进料比（9:1、7:3、5:5、3:7 和 1:9）的 N? - CO?滑动弧等离子体光谱中，除上述物种的峰外，还出现了 CO?、CO、C?等物种相关峰，证实了在 N? - CO?等离子体环境中存在多种活性物种。
等离子体温度变化
随着 N?等离子体中 CO?流量增加，研究发现电子温度从 0.67 eV 降至 0.58 eV，然而等离子体的转动温度（从 1154 K 升至 2298 K）和振动温度显著提高。这表明 CO?的加入改变了等离子体的能量分布，增强了分子的转动和振动，促进了能量转移。
氮化合物生成情况
在反应器中，当 N?等离子体中 CO?流量较高时，NH??浓度达到约 5 mM/L，相比纯 N?等离子体提高了 3.5 倍。同时，CO?的加入显著促进了 NO??和 NO??的生成，在捕集反应器中，NO??的最大浓度达 1.5 mM/L ，NO??最大浓度为 4.6 mM/L，这说明在该体系中更倾向于在气相中生成氮氧化物。
铜泡沫表面变化
对等离子体处理后的铜泡沫进行 XRD 分析，结果证实其表面形成了铜氧化物。FT - IR 分析则表明，铜泡沫表面存在等离子体生成物种的吸附反应，这进一步说明了铜泡沫在反应过程中不仅起到催化和导热作用，还参与了化学反应，对氮化合物的生成有着重要影响。
综合上述研究结果，该研究清晰地展示了 N? - CO?滑动弧等离子体对水介质中氮化合物（如 NH??、NO??和 NO?? ）生成的显著影响。光学发射光谱确认了等离子体环境中关键活性物种的存在。CO?流量的增加虽降低了电子温度，但大幅提升了转动和振动温度，增强了能量转移，有力地促进了气液相中氮化合物的形成。
这项研究具有重大的意义。它为可持续的绿色氨生产提供了一种可行的新方法，通过利用 CO?作为增效剂，不仅提高了氨合成的效率，还实现了 CO?的资源化利用，降低了生产成本，推动了环保型化学工艺的发展。同时，该研究成果也为非热等离子体技术在氨合成领域的进一步应用和优化提供了重要的理论依据和实践指导，有望在未来的工业生产中发挥重要作用，助力全球能源和环境问题的解决。
