反向思考的胜利：他把“反常识”的氨反应做成了！

2026-06-11 16:57:17, HORIBA HORIBA（中国）

Katsutoshi NAGAOKA 永冈胜俊教授

名古屋大学工程研究生院化学系统工程系

他深耕催化领域二十余载，从氢气生产转向氨研究，敢于挑战百年经典工艺，立志用新一代催化剂技术为脱碳社会铺路。

为什么选择“氨”？

一个世纪前，哈伯-博世工艺的诞生，让人类首次能从空气中固定氮气合成氨，制造化肥，解决了粮食危机。然而，这项百年技术能耗高、需高压，转化率仅约30%。如今，全球面临严峻的气候挑战，氨作为不排放二氧化碳的潜在能源载体和燃料，重回聚光灯下。如何更高效、更绿色地分解和合成氨，成为科学界亟待攻克的难题。永冈胜俊教授的研究，正是为了突破传统，寻找下一代氨分解与合成的钥匙。

一次意外，开辟了新的研究方向

永冈教授的研究之路始于对催化剂的着迷。早年，新能源与工业技术发展组织（NEDO）委托他进行瞬时制氢研究。他将贵金属纳米颗粒负载于汽车尾气净化常用的锆氧化物载体上，发现经过简单预处理后，室温下引入碳氢化合物和氧气即可产生氢气。这一现象与传统认知相悖，一度引发质疑。后续研究揭示了机制：催化剂处于还原态时接触氧气会产生热量，使温度上升，从而启动反应。这一发现后来获得了认可。

这个不同寻常的研究思路，也为永冈教授研发更高效、更绿色的氨分解催化剂埋下了希望的种子。2008年，永冈教授团队接下了一个有趣课题的研究：氨能否通过催化分解作为氢源？这个课题成为永冈教授转向氨分解研究的转折点。

氨分解是吸热反应，高温有利于反应进行。从化学平衡理论上，在400℃ 时，氨分解反应即可实现近 100% 的分解率。使用贵金属钌做催化剂可在 400℃ 左右完成分解，但若采用非贵金属，反应温度需升至 600-700℃ 。永冈教授的研究方向是开发能低温反应的非贵金属催化剂。

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氨化学平衡图

使用 Co/Ba/MgO 催化剂的氨合成结果（%）

在催化剂里寻找答案

在元素周期表约 120 种元素中，他筛选出约 60 种可用于催化，通过精巧组合，致力于“设计”出能高效分解氨的材料。合成一个催化剂样本往往需要两到四天，从溶解、混合、热处理到成型，每一步都凝聚着心血。在实验室里，他和学生们日复一日地测试、观察、分析，在一年内筛选了约 100 种催化剂样品。

不同的催化剂样品

众所周知，当含钌纳米颗粒的氧化铝载体催化剂加热至特定温度时会引发催化反应。此外，对于氧化铈-氧化锆等载体，若催化剂处于还原态，接触氧气会产生热量，从而升高温度并触发催化反应。

基于此认知，永冈教授团队使用氧化铝载体进行了催化反应测试。最初认为由于缺乏还原条件，反应不会发生。令人惊讶的是，反应竟成功启动，氢气瞬间生成。经机制探究发现，即使未经预还原处理，氨气在催化剂表面的吸附过程产生的热量就足以触发反应。这项发现发表于《科学进展》期刊，并为永冈教授团队争取到了重要的科研资金支持。

让实验“看得更清楚”

研究过程中，精确测量是突破的关键。过去，团队曾采用与硫酸反应测电导率的方法手动测定氨浓度，过程繁琐且危险性高；后续也尝试用气相色谱测量，但谱图拖尾效应导致测量结果不尽理想。

HORIBA VA-5000系列多组分气体分析仪的引入，彻底改变了这一局面。这款仪器能够对合成气中的氨浓度进行持续、安全、精准的在线分析，无需危险试剂和复杂前处理。它不仅保障了实验人员的安全，更大大提升了数据获取的效率和可靠性，让研究人员能将更多精力专注于催化剂本身的设计与优化。如今，随着实验规模的扩大和多反应器并行运行，这台分析仪已成为团队研究中不可或缺的“眼睛”。

VA-5000 系列多组分气体分析仪

永冈教授实验室内的 VA-5000

改写下一代合成工艺

除了颠覆性的氨分解研究，永冈教授团队的核心目标之一，是开发超越哈伯-博世工艺的合成方法。传统工艺在500°C、超过200个大气压的苛刻条件下，氮气转化率仅约30%。理论上，在300-350°C、50-70个大气压的温和条件下，就能获得更高的转化率。团队正全力研发能在低温低压下高效工作的新型催化剂，让绿色的氨合成从理论走向现实。

// VA-5000 多组分气体分析仪