近日，西安交通大学电气工程学院、电工材料电气绝缘全国重点实验室周仁武教授团队在绿色氮化学与电化学合成领域取得重要研究进展。相关研究成果以《等离子体辅助尿素生产电催化路线图》（A Roadmap for Plasma-Enabled Electrocatalysis in Urea Production）为题，发表于国际顶级材料学期刊Advanced Materials。论文围绕绿色尿素合成中的等离子体能量效率、碳—氮耦合选择性与尿素精准检测、等离子体—电解槽系统集成以及界面质量传输与反应微环境调控等关键问题，系统总结了等离子体—电催化协同合成尿素的核心机理、设计策略与代表性技术路线，旨在为构建高效、可规模化且可与可再生能源深度耦合的低温常压绿色尿素合成体系提供系统化设计框架与实践指南。

尿素是全球最重要的化肥之一，其传统生产依赖于“哈柏—博施法—博施—迈泽法”路线，过程能耗高、碳排放大，约占全球能源消耗的2%、二氧化碳排放的1.5%。在“双碳”目标背景下，发展低能耗、低排放、可与可再生能源耦合的新型尿素合成路径具有重要科学意义和应用价值。

该研究系统提出了一种等离子体—电催化耦合的绿色尿素合成新范式：首先利用非热等离子体在常温常压条件下将空气转化为硝酸盐等高活性含氮物种；随后通过硝酸盐/二氧化碳共电解，在电催化界面实现碳—氮键的精准构筑，直接合成尿素，从而绕开传统高温高压、以化石能源为基础的合成氨过程。该策略在物理、化学与工程层面实现了解耦与协同，为分布式、模块化、全电驱动的绿色尿素生产提供了新思路。

论文从等离子体放电物理、电催化反应机理、器件结构设计及技术经济分析等多个维度，对该领域的发展瓶颈与关键科学问题进行了系统梳理。研究指出，通过优化等离子体能效、构筑高选择性电催化界面以及引入流动电极与零间隙反应器等工程方案，有望在可再生电力条件下实现能耗和成本上对传统工艺的超越，为绿色尿素的规模化应用奠定基础。

该成果由西安交通大学周仁武教授团队牵头完成，论文通讯作者为西安交通大学周仁武教授和澳大利亚新南威尔士大学Ali R. Jalili教授。研究工作体现了西安交通大学在等离子体科学、电化学能源转化及多学科交叉研究方面的持续创新能力和国际影响力，为构建绿色、低碳的未来氮循环体系提供了重要理论支撑。相关研究得到了中国国家重点研发计划、国家自然科学基金及多项科研计划的支持。

原文链接：https://doi.org/10.1002/adma.202509784