氨是现代工业和农业生产最为基础的化工原料之一，对人类的生产、生活等方面有着至关重要的作用。而且由于其具有绿色、环保、易储存运输等优点，也被视为良好的氢载体。在20世纪初，Fritz Haber和Carl Bosch等人发现以锇（后来是以铁为主要活性组分的复合物）作为催化剂，可直接将氮气和氢气在高温高压下反应得到氨气（即Haber-Bosch法），且产率最高可达到20%，这一方法的提出，从此开启了合成氨的大规模工业化进程，也正是得益于Haber-Bosch法合成氨，人类自此实现了人工固氮的集约化和规模化发展，从而直接推动了全球粮食产量和人口数量史无前例地增长。然而该方法虽经过百多年的发展，但仍需要在高温高压条件下进行（300~500 ℃、200~300 atm），其年均能耗占到世界能源总耗的1~2%，它所产生的CO2年排放量约占到总温室气体的1.5%。因此，如果能够实现在常温常压下氮气和氢气的高效反应合成氨，那将是人们梦寐以求的。特别是如果合成氨过程中的驱动能量还能由可持续的绿色能源供给，将能够彻底克服Haber-Bosch法合成氨所面临的涉及能耗、污染以及安全性等方面的问题。鉴于此，荷兰基础能源研究所的Vasileios Kyriakou等设计了一种在常压下运行的一种集成BaZrO3基质子陶瓷膜反应器(PCMR)，析氢发生在镍基复合电极上，而VN-Fe是氨合成电催化剂，从重整室中提取氢气可以提高甲烷的热力学极限转化率。电化学Haber-Bosch法是将PCMR与质子陶瓷燃料电池相结合，利用副产品氢来回收电能并从周围空气中分离氮气。这一过程可能比其传统方法需要更少的能源和释放更少的二氧化碳排放，具有巨大的应用潜力。
Vasileios Kyriakou, Ioannis Garagounis, Anastasios Vourros, Eirini Vasileiou, Michael Stoukides. An Electrochemical Haber-Bosch Process. Joule, 2019.
DOI: 10.1016/j.joule.2019.10.006
https://doi.org/10.1016/j.joule.2019.10.006
