从废水和废塑料中制取氨与化妆品原料！UNIST开发新技术
零碳排放光电化学合成氨技术
创下全球最高太阳能制氨效率与速度纪录
一种利用废水和废塑料生产氨和化妆品原料——乙醇酸的技术已经问世。
UNIST新材料工程系的 Jo Seungho、Song Myeonghun 教授团队开发出一项技术，利用太阳能发电在不排放二氧化碳的情况下生产氨。
这是将废水中的硝酸盐污染物通过电化学反应转化为氨的技术。在生产氨的过程中，还会生成来源于废塑料的乙醇酸。由此既能减少碳排放，又能处理废塑料并生产高附加值物质。
氨是全球产量仅次于硫酸、需求量巨大的无机化合物，但其生产过程中排放的二氧化碳占全球二氧化碳排放总量的1.4%。因此，亟须开发能够替代已有百年历史的哈柏–博施法的环保型氨生产技术。
联合研究团队开发出一种光电化学系统，在阳极（cathode）合成氨，在阴极（anode）合成乙醇酸，所需能量来自太阳能发电。
其原理是，废水中的亚硝酸盐（NO2-）在阳极接受太阳能电能被还原并转化为氨。电化学系统中会发生偶联反应，在这一偶联反应中，阴极的乙二醇被氧化为乙醇酸。乙二醇是从废塑料中提取的原料。
该系统的能量效率（仅以阳极为基准）达到迄今报道的最高效率——52.3%。氨的生产速率也达到146μmol/㎝²·h，超过美国能源部提出的太阳能制氨商业化标准58.72μmol/㎝²·h，比此前的最高纪录提升逾46%。
研究团队通过开发一种只选择性还原废水中亚硝酸盐的催化剂（RuCo-NT/CF），构建了这一高效系统。废水中同时含有硝酸盐（NO3-）和亚硝酸盐，而以亚硝酸盐为原料制氨速度更快、能耗更低。此外，他们将系统的偶联反应由高能耗的产氧反应改为产乙醇酸反应，从而进一步降低所需电能。
提供电能的钙钛矿太阳能电池也被设计成具备高光电流密度和高耐久性。光电流密度越高，氨的生产速度越快。
Song Myeonghun 教授表示：“通过效率高于已商业化的硅太阳能电池的钙钛矿太阳能电池，我们展示了无二氧化碳排放的电化学制氨技术的潜力，这具有重要意义。”
研究团队还验证了该技术的商业化可能性。利用模拟低放射性废水的电解质和从塑料瓶中提取的原料构建的电化学系统，实现了114μmol/㎝²·h水平的太阳能制氨速率。
Jo Seungho 教授表示：“本研究提出了一种可持续的碳中和能源解决方案，其意义在于能够同时利用太阳能和废弃物生产绿色氨和高附加值的乙醇酸。”
本研究由 Jang Wonsik、Kim Jonggyeong、Kim Hyeseung 研究员共同担任第一作者，并在科学技术信息通信部基础研究室资助项目的支持下完成。
研究成果已于2月19日发表在纳米科学领域知名国际学术期刊《Nano Letters》上。
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