近日，中國科學院大連化學物理研究所氫能與先進材料研究部研究員陳萍受邀與多位國際同行，包括麻省理工學院Yang Shao-Horn教授、丹麥技術(shù)大學Ib Chorkendorff教授、倫敦帝國理工學院Ifan E. L. Stephens教授、佐治亞理工學院Andrew J. Medford教授等，共同撰寫了“氮氣的還原與氧化方法”的導論（Primer）文章，對氮氣的還原與氧化領(lǐng)域的研究技術(shù)和方法進行論述。
用于N2的還原與氧化的通用實驗方案
氮是所有生命形式所必需的元素之一。然而氮氣分子極為惰性，其還原為氨或氧化為氮氧化物皆需要克服較大的動力學阻力。目前氮氣的活化轉(zhuǎn)化主要依賴以Haber-Bosch工藝為主導的工業(yè)合成氨過程，該過程反應條件苛刻、耗能高、CO2排放量大，因此亟需升級換代。近年來，以可再生能源驅(qū)動的綠色N2活化轉(zhuǎn)化方式，即低壓低溫熱催化合成氨、（光）電催化氮還原和氮氧化等受到學術(shù)界和工業(yè)界的廣泛關(guān)注。這些研究目前存在很大的挑戰(zhàn)性，尤其是（光）電催化合成氨反應中，NH3的產(chǎn)量和選擇性均較低，這使得產(chǎn)物的定量分析較為困難，文獻報道的結(jié)果往往存在一定的準確性與可重復性的問題。因此，建立一套嚴格的實驗方法十分必要。
本文中，作者首先回顧了N2活化轉(zhuǎn)化的發(fā)展歷史，并結(jié)合理論計算對其在熱/電/光等驅(qū)動下的還原/氧化過程進行分析；隨后，根據(jù)不同的N2活化轉(zhuǎn)化方式，提出了一套分步式實驗指導方案，詳細介紹了實驗裝置、產(chǎn)物的檢測方法、可能的污染物來源、催化劑的性能評價、實驗結(jié)果的分析、理論計算方法等；根據(jù)此指導方案，對文獻中報道的結(jié)果進行比較與分析。作者重點討論了此研究領(lǐng)域容易出現(xiàn)的錯誤以及相應解決方案，給出了提高實驗可重復性的方法，以及降低實驗成本的策略。文章提出，N2的活化轉(zhuǎn)化這一重要的研究領(lǐng)域需要更嚴格的實驗方法與技術(shù)標準，用于規(guī)避假陽性實驗結(jié)果，從而確保研究方向的正確性，為未來新技術(shù)的建立打下基礎(chǔ)。
該導論文章以 “Methods for nitrogen activation by reduction and oxidation”為題，于近日發(fā)表在《自然綜述：方法導論》（Nature Reviews Methods Primers）上，同期還配發(fā)了導論總覽（PrimeView）的圖形化總結(jié)。大連化物所2014級博士研究生張西倫承擔了該文章中關(guān)于熱催化合成氨實驗技術(shù)與分析方法的撰寫，對近期研發(fā)的新型催化劑的性能進行了總結(jié)與分析。該工作得到了國家自然科學基金委科學中心項目的資助。
