摘要：兰州交通大学为第一单位的一篇论文，已经在Nature Communications上发表了。这是学校第一次以第一署名单位出现在Nature体系的子刊里，算是个里程碑。题目是“Plasma-electrocatalytic synthesis of urea f

兰州交通大学为第一单位的一篇论文，已经在Nature Communications上发表了。这是学校第一次以第一署名单位出现在Nature体系的子刊里，算是个里程碑。题目是“Plasma-electrocatalytic synthesis of urea from air and CO2”，成果来自材料科学与工程学院褚克团队，第一作者是2023级硕士孙泽毅，褚克、冯利邦和广西大学的刘熙俊都是通讯作者。

讲结果先讲明白：他们做出了一套把空气里的氮和被动捕获的二氧化碳，经过等离子体激发加上电催化，最后合成尿素的流程。听着有点像把两件事合二为一：先把不活泼的氮“点燃”成能被还原的含氮物种（论文里写的是定向产生NOx-），然后在电化学端用设计好的催化位点把CO2和这些含氮物种一步步还原并把C-N键连起来，最后产出尿素。方法看上去有点复杂，但套路清楚——把每个步骤交给最擅长的工具去做。

背景放大一点说：传统的尿素生产靠的是大规模的高温高压工艺，能耗高、碳排放大。科学家们想的是能不能把这事儿做得更环保一点，最好是直接用空气和捕获到的CO2当原料。电化学合成尿素这想法之前也有人做过，但难点多——活化氮气、实现N和C的选择性耦合、避免副反应、提升产率和法拉第效率。这个团队的思路是把等离子体和电催化拼在一起，各自发挥长处：等离子体负责把N2转成还原性更强的NOx-类物种，电催化负责把这些中间体和CO2在催化位点上引导成尿素。

再说具体做法里的两把关键刀：一是等离子体单元的设置，按论文描述是把空气通过等离子体激发，定向生成可以还原的NOx-并输送到电解池里；二是在电催化端，做了单原子催化剂——把单个钌原子锚在氧化铜载体上，记作Ru1/CuOx。单原子位点的好处在于位点分散、价态可控，有助于提高反应的选择性和活性，但同时对稳定性和制备要求也更高。整个反应器是个有膜隔开的双室电解池，这样能把等离子体产物和电化学还原的环境分开管理，反应物分布、电位控制更方便。

做实验不是简单的衔接两个模块就行，技术链条挺长，很多环节都要细调。等离子体端需要调功率、气流速率，控制产物种类和产率；电催化端要调电位、选溶液、定隔膜、调整催化剂负载和形态。这些参数彼此耦合，一处没弄好就可能让NOx-走向不利的还原路径，或者让单原子位点丢失活性。论文里没有偷懒，只要做出来的东西，都配套用了结构表征和机理解析手段：用同步辐射去看Ru在催化剂上的局域配位环境，用电化学原位光谱去捕捉反应中间体信号，再用分子动力学和第一性原理的计算来推断可能的反应路径和能垒。实验观测和计算互为佐证，这样对机理的解释才有说服力。

说点细节，别觉得这是空话。等离子体里到底产生哪些NOx-、它们的浓度和输送效率，会直接影响到电催化那端的选择性；电解池里电位一低一高，可能先发生旁路的氢析或把NOx-还成氮气，都会拉低产物选择。还有催化剂的稳定性，单原子位点好控制初期性能，但长期运行有没有团聚、有没有被还原成金属团簇，这些都关系到实用化的可行性。论文通过同步辐射确认了Ru的局域配位，通过原位光谱捕到一些可能的C-N中间体信号，计算又给出能量上的支撑，三条线索在一起，把整条反应链条补得更完整一些。

团队和署名这块也挺有意思。以兰州交通大学材料学院为第一单位，褚克团队主导，第一作者是孙泽毅（2023级硕士），通讯作者包括褚克、冯利邦和广西大学的刘熙俊。学校方面把这篇论文当作里程碑看待，毕竟这是他们第一次以第一署名单位进入Nature体系的子刊，影响力对外会更醒目一些。对做实验的学生和导师来说，这样的成果既是技术上的积累，也是对管理、合作和资源整合能力的体现。

拿这套方法放到更宽的视野去看，这类把等离子体和电催化结合的路线，核心在于把传统上分开的“活化”和“选择性还原”两步，做成相辅相成的一体化流程。等离子体擅长把惰性分子转成容易还原的中间体，电催化擅长在特定位点把中间体一步步引导到目标产物。思路不错，但路子也长：要想把实验室的流程推到较大规模，需要解决能耗、产物分离、长期稳定性、原料净化等一堆工程问题。论文里提供的表征手段和机理证据，对后续大家优化催化剂设计、反应器构型和工艺参数有参考价值，尤其是把“用空气作为氮源”这件事落地化，触及到了原料易得这一点。

论文题目就是Plasma-electrocatalytic synthesis of urea from air and CO2，团队把这条路走得更清楚了一点。

来源：坦荡的清风wsWHX