中国科学技术大学教授曾杰、姚涛、王占东，副教授李洪良团队合作，提出并验证了甲烷介导的氨动力发动机构想。相关成果近日发表于《德国应用化学》。

氨动力发动机在实现碳中和方面展现了巨大潜力。然而，氨气作为发动机燃料，面临火焰传播速度低、自燃温度高、点火能量高以及燃烧极限窄等挑战，有害污染物氮氧化物的排放问题尤为严重。解决氨气作为燃料燃烧特性差，以及有害尾气排放等问题，极其重要。

不同于直接燃烧氨气，研究团队提出了一种创新的氨动力发动机构想——选择甲烷作为媒介，将甲烷燃烧与尾气原位处理相结合，间接实现氨气的燃烧，既实现了氨气的零碳排放，又避免了氨气燃烧本身的缺陷。

为实现这一构想，研究团队设计了“空间解耦”和“空间耦合”两条路径。“空间解耦”路径将尾气处理分为两步。先利用负载型钌团簇催化剂催化氨气裂解产生氮气和氢气，氨气的转化率达到100%；然后将裂解产生的氢气与尾气中的二氧化碳反应，在负载型镍基催化剂作用下生成甲烷，二氧化碳的转化率达到97.4%，甲烷的选择性接近100%。“空间耦合”路径将氨和尾气中的二氧化碳直接反应，生成氮气、甲烷和水，氨和二氧化碳的转化率分别达到80.1%和49.3%。这两种方式均实现了氨气与氧气的非接触性反应，从而避免了氮气过度氧化生成氮氧化物。

采用该设计，研究人员可以将传统的甲烷燃料发动机改造成氨动力发动机。基于这一设计理念，其他由汽油或柴油驱动的发动机也可以通过将二氧化碳甲烷化替换为二氧化碳加氢制汽油或柴油反应，改造成氨动力发动机。

相关论文信息：https://doi.org/10.1002/anie.202420292

（原载于《中国科学报》 2024-12-10 第1版 要闻）