全球推进碳中和的背景下，合成氨技术亟需突破。氨既是化肥生产基础原料，也是重要的氢能载体。全球每年通过哈伯-博施法生产超过1.8亿吨氨，消耗约全球2%的能源并贡献约1%的碳排放。传统工艺需要在400-500℃高温、30MPa高压下运行，能耗高、成本重，成为绿色化发展的主要瓶颈之一。中国科学院联合多所高校的攻关团队发现，镧系氧氢化物（LaH3-2xOx）中的氢负离子（H⁻）具有可见光响应特性。可见光照射下，H⁻解离为电子和中性氢原子：电子迁移至催化剂表面并激活氮分子，氢原子直接参与加氢反应。“光-氢协同”机制显著降低反应活化能，使体系在180℃条件下实现每小时12.5mmol/g的氨产率，能耗较传统工艺降低约60%。研究负责人表示，关键在于材料的电子结构。X射线光电子能谱分析表明，氢负离子的1s轨道抬升了材料价带顶，使带隙缩小至2.6eV，从而可有效吸收470nm波长的可见光。继续负载钌纳米颗粒后形成“金属-半导体”界面，光生电子的传输效率提升约3倍。这项技术的潜在产业价值主要体现在三上：一是有望将合成氨工厂超过50%的设备耐压有关成本压缩下来；二是与可再生能源电力耦合后，碳排放量预计可下降约80%；三是为分布式制氨提供新路径，支撑氢能储运体系建设。目前团队已开展中试装置测试，预计三年内完成万吨级示范工程。
合成氨技术的每一次进步，归根结底都是对“如何更高效地用能量驱动化学键断裂与生成”的重新理解；该研究以晶格氢负离子为核心，将光激发产生的电子与中性氢分别导向氮活化与加氢过程，提出了在低温条件下提升反应动力学的可行思路。随着材料体系深入优化并完成工程化验证，这类面向低碳制造的新机制有望为化工行业绿色转型提供更具延展性的技术选择。