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Exploration | 特刊征稿 - 可持续氮化学与合成氨

MaterialsViews · 公众号 · 科技创业科技自媒体 · 2024-09-15 08:30

正文

特刊（Special Issue）聚焦于期刊发稿范围中某一专题研究领域的一系列研究文章，通常围绕一个特别新的主题，一个新兴的领域，或一个现有研究问题的新视角。

2024年Exploration将推出能源方向特刊-可持续氮化学与合成氨，现面向全球相关领域学者征稿！

提交截止日期: 2024年12月30日

特刊旨在探讨基于可持续氮化学技术的各个方面，包括但不限于通过热化学、光化学、等离子体和电化学途径将氮气还原为氨、硝酸盐还原为氮气或氨、含氮化合物的合成和氨分解。

关键词:能源转化, 氮化学, 氨, 催化, 电化学

以合成氨为代表的氮化学技术在上个世纪取得了巨大进步。21世纪以来，人们开始更加关注这些大型化工厂对能源的巨大需求以及它们对环境可能造成的影响。最近，氨除了作为肥料和化工原料以外，还被视为一种有前景的能源载体，这为氮化学的研究开辟了新的可能性。因此，全球范围内对如何让氮化学技术更加环保和可持续非常关注。

在众多氮化学技术中，将氮气转化为氨已经得到了深入研究，并且可以通过热化学、光化学、等离子体和电化学途径来实现。哈伯-博施法作为一种非常成熟的合成氨技术，需要在高温高压下通过催化反应将氮气和氢气转化为氨。尽管这种方法效率很高，但由于需要氢气——通常来源于蒸汽甲烷重整（SMR），导致碳排放量巨大。非热等离子体技术提供了一种新兴的电气化途径，可以在常温下活化氮气，用于从空气和水中生成硝酸，以及从氮气和氢气或水生成氨。然而，低产量和高能耗仍然是该技术需要面对的重大挑战。在常温常压下进行的电化学还原氮气合成氨，因其能够使用可持续的电力和质子代替SMR过程中的氢气，对于减少哈伯-博施法的碳排放具有巨大的潜力。然而，目前这些方法仅限于锂/钙介导的电化学合成氨系统，这些系统在反应速率、稳定性和能耗方面仍然有待提高。

将废水中的硝酸盐通过电化学方法还原成氮气，是一种环保有效的污水治理方法。不过，这一技术仍然面临选择性差和能耗高等挑战，因为相比于生成氨，生成氮气的反应动力学较慢。从废水中提取氨或铵比提取硝酸根离子要简单许多。通过电化学还原硝酸盐并结合氨的回收技术，为从废水流中生产氨提供了一种“变废为宝”的策略。此外，电化学还原过程还可以与基于等离子体的氮氧化物合成技术相结合，为直接从空气和水中合成氨提供了一种途径，并省去了额外提供氢气的步骤。然而，废水中硝酸盐电还原为氨的过程同样面临诸多挑战，包括缺乏高效稳定的电催化剂，以及在低浓度硝酸根离子条件下的质量传递问题，还有实际废水中杂质的干扰。

电化学合成有机含氮化合物为生产含氮化学品提供了一条清洁的电气化生产途径，有助于降低生产过程中的碳排放。然而，开发用于高效C-N偶联的电催化剂，深入理解其复杂的反应机制，并进一步优化反应条件以实现高产量和选择性等难题仍然有待解决。

氨分解作为一种技术途径，不仅能够促进氨的燃烧，还能生产清洁的氢气，这与未来的能源转型和减少碳排放的目标相契合。尽管如此，该领域目前还有诸多挑战，包括设计能在较低温度下高效催化氨分解的催化剂、确保过程安全以防止泄漏或产生有毒副产物，以及如何将这一技术融入现有的氢气生产系统中。此外，副产物的处理、热量管理，以及在低温环境下材料与氨的相容性，同样是不容忽视的重要问题。

因此，Exploration推出“可持续氮化学与合成氨”特刊。高质量的论文将提供新的见解，进一步推动可再生能源相关技术领域的发展。

认识我们的编辑

屠昕教授

利物浦大学英国

屠昕教授是英国利物浦大学电气工程与电子系的讲席教授。他于2007年获得法国鲁昂大学的物理学博士学位和中国浙江大学的热工程博士学位。2008年至2009年，他在比利时鲁汶大学表面化学与催化中心担任博士后研究员，2009年至2012年在英国曼彻斯特大学化学学院工作。他的研究主要集中在等离子体化学和等离子体催化，用于生产燃料和化学品，包括固氮和合成氨。他曾与16位科学家共同领导，发布了2020年等离子体催化路线图（J Phys D: Appl Phys. 2020, 53, 443001, 51 pages, downloaded >33500 times）

于一夫教授

天津大学中国

于一夫教授是天津大学分子+研究院的教授。他在中国天津大学获得了化学工程的学士和博士学位。2014年至2017年，他在新加坡南洋理工大学进行了博士后研究。目前，他的研究兴趣集中在含氮小分子的催化转化上。

曾杰教授

中国科学技术大学中国

曾杰教授是中国科学技术大学的讲席教授，同时兼任安徽工业大学副校长。他在2002年和2008年分别从中国科学技术大学获得了应用化学学士学位和凝聚态物理学博士学位。2008年至2012年，他在圣路易斯华盛顿大学先后担任博士后研究员和研究助理教授。他被选为英国皇家化学学会会士（FRSC），曾获得“科学探索奖”。他的研究重点是小分子的催化转化，尤其是二氧化碳的催化转化。

Alexander Bagger 教授

丹麦科技大学丹麦

Alexander Bagger教授是丹麦科技大学物理系的助理教授。他在2019年于哥本哈根大学化学系获得了理论化学博士学位。之后，他先是在丹麦IBM担任数据科学家（2019-2020年），然后在哥本哈根大学担任博士后研究员（2020-2022年），之后在英国伦敦帝国理工学院化学工程系担任研究员（2022-2023年）。他的研究聚焦于阐明和理解原子尺度上的电化学反应，利用理论模拟来确定决定电催化反应选择性的关键因素，并与实验课题组一直保持紧密合作。

李少锋博士

丹麦科技大学丹麦

李少锋博士目前在丹麦技术大学物理系担任博士后研究员。他在2020年从大连理工大学获得了博士学位。2018年至2020年，他作为访问学生在斯坦福大学和SLAC国家实验室工作。2020年至2021年，他在斯坦福大学担任博士后研究员，并于2021年加入丹麦科技大学担任博士后研究员。他的研究兴趣包括多尺度的材料合成以及多模态的X射线技术应用于储能与催化领域，包括电化学还原氮气合成氨、锂离子电池、超级电容器和电解水。

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期刊简介

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Exploration由河南大学、中国生物物理学会纳米生物学分会主办，Wiley出版集团出版发行，由梁兴杰研究员任主编，师冰洋教授任执行主编。期刊聚焦于学科交叉融合探索，跨界创新成果传播，旨在打造具有中国特色，立足国内、面向全球的顶级综合性国际学术期刊。期刊当前接受的稿件类型有：研究论文、通讯文章、综述文章、观点性文章、评论性文章等。

自2021年1月正式创刊以来，共计发表4卷 18期，191篇文章，引用共计5000 余次，篇均引27.0次，i10 指数113。先后被DOAJ、PubMed Central、Scopus和ESCI收录。编委中，中国两院院士 12 名，国际编委59 名，包括来自美国、澳大利亚、欧洲多国、日本和韩国的国际院士14 名。先后举办“Exploration生物-化学-医学国际研讨会”、“Exploration 药学生物学交叉学科论坛”等大型国际学术交流会 20 余场次。邀请Biomaterials期刊主编Kam W. Leong教授、 ACS Nano 创刊主编Professor Paul Weiss教授等举办大师讲坛、科学论坛和青年讲堂近30场次，在队伍建设、办刊质量、学术交流等方面取得卓越成果。

Exploration将始终坚持以创新水平和科学价值为选稿用稿的唯一标准，严把论文质量关、守好学术诚信关，探究真理、求索真谛! 用科技“神笔”为文化“点睛”！

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