2026年3月4日，北京大学化学与分子工程学院官网发布消息，沈兴海教授团队与中科大合作的研究成果刚刚上线国际期刊Nature Communications。论文标题直指核心，Thermal catalytic synthesis of ammonia using uranium/graphdiyne composite at mild conditions。消息一出，科技媒体迅速跟进转载，国内外学者开始留意这项来自中国的催化突破。
传统合成氨工艺用了上百年，始终离不开哈伯-博施法。那套方法要在四五百摄氏度、几百个大气压下运行，耗能巨大，尤其用绿氢做原料时，成本比灰氨高出一倍多。绿氨本该是清洁能源载体，能储存可再生电力，却因为工艺限制难以大规模推广。
沈兴海团队早就盯上了这个问题。他们长期做放射化学交叉研究，2020年在Angewandte Chemie上就发表过锕系元素与石墨炔的初步发现。这次直接用贫铀和石墨炔搭成复合催化剂，彻底改变了反应条件。
制备过程先在超临界二氧化碳里合成高质量少层石墨炔，层数可控，连带隙变化规律都摸清楚了。然后把铀原子负载上去，形成均匀分散的原子簇。球差电镜看得很清楚，相邻铀原子间距正好0.35纳米，跟氮气分子尺寸严丝合缝。
这样的结构让氮气以桥式吸附方式被牢牢抓住，活化能垒大幅降低。催化反应只需要150摄氏度和15个大气压，每克催化剂每小时就能产出587.5微摩尔氨，而且循环多次后性能还很稳。
机理研究结合实验光谱和理论计算，铀的5f电子跟石墨炔大共轭体系发生独特协同。电子转移精准，既能特异性识别氮气，又能让氨分子顺利脱附，整个过程选择性高，几乎没有副产物。
石墨炔本身电子传输能力强，这次还首次实现了单层和少层精准合成，为以后性能调控打下基础。相比过去只能光电催化，这次直接走热催化路线，更适合工业放大。
铀元素以前主要用在核燃料上，这次把它5f轨道的催化潜力挖掘出来，等于给锕系化学开了新方向。贫铀本来是核工业边角料，现在摇身变成高性能催化剂，资源利用价值直接提升。
绿氨成本降下来后，就能更好地匹配风光电站的分布式布局。现产现用，不用再建巨型工厂，间歇性电力也能高效转化成可储存燃料。国家煤电低碳改造方案里提到的绿氨掺烧计划，将来落地会更顺利。
氨作为氢能载体，储存运输都方便，燃烧只出氮气和水，清洁属性突出。远洋船舶等领域正需要这种零碳燃料，温和工艺一旦成熟，供应链就能快速跟上。
团队第一作者包括已毕业的熊世杰、中科大的汪伟毅副研究员和北大的王帆，沈兴海教授担任通讯作者。国家自然科学基金联合项目和中科大交叉创新项目提供了稳定支持，合肥同步辐射实验室也给了技术助力。
这项工作证明，合成氨不止一条老路可走。未来通过持续优化，催化效率还能再提升，真正助力能源转型。科研人员正一步步把实验室成果推向实际应用。
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