量上是当今全球生产的十大重要化学品之一。氨主要用于现代农业的肥料生产，最近发现氨可减少其他行业(例如海洋行业)的碳足迹。而目前的氨生产尚远未达到可持续和无碳程度。全世界每年约2.35×108t氨的主要生产方法是100多年前发明的Haber-Bosch工艺。氨生产消耗的能源占世界全部能源消耗量的1.4%，而且每年排放约4.5×108t二氧化碳，占全部人为碳排放量的约1%，比其他工业化学品生产都要多。称为ORACLE项目的负责人，氨技术专家EmilDraze-vic助教说，“我们希望在这方面有所作为，因此该项目将开发用氮气和水制绿氨的可放大反应技术，应用于分散的本地生产。我们的项目一开始就采用了3种不同的新技术，其中之一是对现有Haber-Bosch反应器进行升级。”EmilDrazevic及其研究团队在该项目研究和开发的3项绿氨生产技术是：(A)基于电磁感应热量而不是目前焚烧产生热量的Haber-Bosch反应器，(B)等离子体辅助的电催化概念，(C)使用特殊催化剂在室温下用氮气和水催化制氨的电催化概念。EmilDrazevic说，“后者的功能就像一种燃料电池，水和氮气从一端进去，氧气和氨气从另一端出来。燃料电池只需要可再生电力形式的能源。在这个项目之前，我们完成了一个非常全面的调查，调查了适合这个任务的催化剂，其结果让我们大开眼界。ORACLE项目中我们的日本合作伙伴带来了水氧化催化剂方面的专业知识，我们现在非常高兴有合适的团队和资金来开发全氨燃料电池。我认为最终的结果可能开发出一种按当地规模生产氨的清洁而安全的技术。”ORACLE项目(供选择的可再生燃料合成氨的新型路线和催化剂)2021年5月1日正式启动，该项目共有8个合作伙伴(2个日本的和3个欧洲组织及其工业合作伙伴)。
推动海水淡化、制氢接近商业化的新型催化剂
水约占地球全部水的96%，水是一种可满足世界日益增长的清洁饮用水和无碳能源需求的诱人资源。科学家已具备将海水淡化，再将其分解生产氢的技术，氢是一种清洁能源。但现有方法要求在高温下长时间进行多个步骤，才能产生具有所需效率的催化剂。这需要大量的能源，并推高了成本。休斯敦大学的研究人员报道了一种析氧催化剂，它在室温下只需几分钟就能在市售泡沫镍上生长。与之前报道的析氢反应催化剂相配合，它可以在低电压下达到工业所要求的总海水分解电流密度。该研究论文发表在《能源与环境科学》杂志。休斯顿大学得克萨斯超导中心(TcSUH)主任、该论文通讯作者任志峰表示，快速、低成本的生产对商业化至关重要。他说，“任何发现，任何技术开发，无论多好，最终成本都会起到最重要的作用。如果成本过高，将无法进入市场。我们发现了一种降低成本的方法，这样商业化会更容易，而且更容易被客户接受。”任志峰研究小组和其他研究小组此前曾报道过一种分解海水的镍-铁-基(氧)氢氧化物催化剂，但是生产需要300～600℃的高温经历很长的过程。任志峰说，高昂的能源成本使其不适合于商业用途，而且高温会使泡沫镍的结构降解和机械完整性破坏，长期稳定性就不能保证。为了同时解决成本和稳定性问题，研究人员发现了一种在镍泡沫上使用镍铁氢氧化物的工艺，掺入少量硫，在室温下5分钟就能产生高效催化剂。在室温下工作既降低了成本，又提高了机械稳定性。
他们称，“为了促进氢经济发展，当务之急是开发具有成本效益和简便的方法来合成高性能海水电解用的镍-铁-基(氧)氢氧化物催化剂。我们开发了一步法表面工程，室温下1～5分钟从商业镍泡沫中制造出高多孔的自支撑掺硫Ni/Fe(氧)氢氧化物催化剂。”研究人员成功的关键是决定用化学反应来产生所需的材料，而不是传统耗能的物理转化。这样找到了有正确结构、正确组成的析氧催化剂。
直接从源头清除废水中微塑料的方法
家科学研究所一个研究小组开发了一种废水电解处理工艺，可在源头降解微塑料。该研究成果已发表在《环境污染》杂志。废水会携带高浓度的微塑料进入环境。这些小于5mm的小颗粒可能来自衣服，通常以微纤的形式存在。领导这项研究的PatrickDrogui教授指出，目前废水处理工艺中还没有成熟的降解方法处理这种污染物。已有一些技术，但通常涉及过滤污染物的物理分离手段，这些技术并不能将它们降解，这就需要另外的手段来处理分离出的颗粒。
研究小组决定通过电解氧化来降解这些颗粒，该过程不需添加化学品。研究人员说，“我们用电极产生的羟基自由基(*OH)来攻击微塑料。该过程是环保的，它将微塑料分解成二氧化碳和水分子。”这个过程中使用的电极比铁或钢电极(随着时间的推移会退化)贵，但可以重复使用几年。Drogui教授设想在商业洗衣店出口处(微塑料释放到环境中的潜在来源)采用这项技术。电工技术和水处理专家说，“这些商业洗衣店的水到达污水处理厂时，会与大量的水混合，污染物被稀释，因此更难降解。在源头(洗衣店)处理，微塑料浓度更高，更容易电解降解。”用聚苯乙烯人工污染的水进行实验室试验显示，降解率为89%。该团队计划继续在实用水中进行试验。环境电工技术与氧化过程实验室(LEEPO)主任Drogui教授说，“实用水中含有其他影响降解过程的化学品，如碳酸盐和磷酸盐，它们会捕获自由基，降低氧化过程的性能。”如果该技术用于现实的商业洗衣店用水并显示出其有效性，研究小组打算再进行一项研究，确定处理成本及其适应性，以处理更多废水。几年内，该技术就可以应用到洗衣设施中。
新型双聚合物膜提升氢燃料电池性能
实现可持续发展世界的努力中，有相当一部分是开发氢燃料电池，以实现氢经济。燃料电池具有独特的优势：能量转换效率高(最高可达70%)，副产品是清洁的水。在过去10年中，带负电荷的离子(阴离子)通过膜传输将化学能转化为电能的阴离子交换膜燃料电池(AEMFC)，因其与其他类型的燃料电池相比成本低、相对环保而受到关注。但AEMFC虽然价格低廉，但却存在离子传导率低、膜的化学稳定性差、整体性能低于同类产品等几大缺点。发表在《材料化学杂志A》的一篇论文介绍了韩国科学家研发的一种既薄又强力大的新型膜，并对这些缺点进行了处理。
科学家采用一种新方法开发薄膜。用两种市售的聚合物，聚(2，6-二甲基-1，4-苯氧化物)(PPO)和聚[苯乙烯-b-(乙烯-共丁烯)-b-苯乙烯](SEBS)进行化学键合，不用交联剂联接。领导这项研究的仁川国立大学金泰贤教授说：“以前也进行了类似的试验，用二胺作为交联剂交联PPO和SEBS，制造阴离子交换膜(AEM)。虽然AEM有很好的机械稳定性，但二胺的使用可能会导致发生不是PPO和SEBS之间的其他不同的反应，这使得难以控制生成薄膜的性能。因此，我们的研究不用任何交联剂而确保PPO和SEBS互相交联。”Kim教授团队采用的策略还包括在PPO中加入一种名为三唑的化合物，以增加膜的离子传导性。
使用这种方法制造的膜厚度达10um，即使在95%的室内湿度下也具有优异的机械强度、化学稳定性和导电性。这些共同赋予该膜和相应的燃料电池(科学家在电池上进行了该膜的测试)很高的整体性能。当在60℃下操作时，该燃料电池表现出300小时的稳定性能，其最大功率密度超过了现有的商用AEM，并可与尖端的AEM相媲美。对于这种新型具有未来前景的AEM，金教授兴奋地说：“我们研究的聚合物电解质膜不仅可应用于生产能源的燃料电池，还可应用于生产氢气的水电解技术。因此，我相信这项研究将对振兴国内氢经济起到至关重要的作用。”也许，我们期待的那个清洁绿色世界并不遥远了。
生物燃料的新合成路线
个德中研究小组开发了生物质生产生物燃料的新合成路线。化学家将生物质产生的5-羟甲基糠醛(HMF)转化为可用于生物燃料的2，5-二甲基呋喃(DMF)。新方法在温和反应条件下实现了更高的收率和选择性。波鸿鲁尔大学工业化学实验室彭宝祥博士和MartinMuhler教授领导的团队以及波鸿鲁尔大学理论化学教授ChristofHattig领导的小组与中国常州的同事在《AngewandteChemie》杂志报道了该技术。这是中德合作研究项目“可持续化学的新型功能材料”的一部分，得到德国研究基金会支持。
比乙醇更好的燃料。DMF适用于生物燃料，因为其辛烷值比乙醇高，能量密度更大，有理想的沸点92～94℃。虽然HMF转化为DMF的研究已很深入，但还存在一些障碍。DMF生产需要相对苛刻的反应条件，如高氢压，而且往往只能生成少量的所需产品，同时还会形成不需要的副产品。因此，研究人员正在寻找新方法，在温和条件下有效地引发反应。目前的工作实现了这一目标。
甲酸是成功的关键。该团队用钯纳米颗粒作为催化剂，在甲酸和氢气的存在下进行反应。在这样做的过程中，化学家们实现了比以前报道的方法高5倍的反应速率。特别是甲酸的加入，在创造有利的反应条件方面起到了至关重要的作用，这一点在研究人员的详细调查中得到了证实。他们用各种添加剂进行了反应，并比较了产率和选择性，在甲酸存在的情况下，产率和选择性最好。甲酸有利于加快反应，还能阻止不必要的副反应发生。
