中国新技术破解废水变肥难题：效率提升三倍，入选年度创新推荐榜单

中国科研团队的一项技术突破，为工农业废水治理与化肥供应链安全提供了创新解决方案。研究人员成功设计出一种新型双原子催化剂，能将废水中的硝酸盐污染物高效转化为氨——后者是合成尿素化肥的核心原料。其转化效率达到传统催化剂的三倍。

这项研究成果已于今年3月18日登上国际权威期刊《美国化学学会志》（JACS）封面。香港《南华早报》在报道中指出，该技术开启了低能耗废弃物资源化利用的新路径，有望显著提升中国化肥供应链的韧性。

技术的核心在于“双原子催化剂”。与单原子催化剂不同，它通过两个相邻金属原子的协同作用，驱动硝酸盐还原制氨这类多步化学反应。然而，这类催化剂的制备长期面临理论指导缺失、金属负载量低、异质金属配对困难等挑战。

中国科学院福建物质结构研究所韩丽丽团队运用深度学习技术，训练了专门的人工智能模型，用于筛选具有高稳定性和配对潜力的金属组合。基于模型预测，团队成功制备了14种成分精密的双原子催化剂，涵盖钇、钪、镧等多种稀土元素。

成果显著：这些催化剂的金属负载量（重量百分比）达到12.8%至30.7%，将行业基准提升了四倍以上。

期刊封面图 《美国化学学会志》

研究团队利用这些催化剂对含硝酸盐废水进行电解时，得益于催化剂表面密集的活性位点，氨产率达到普通催化剂的2.7倍。JACS封面设计形象地展示了这一微观机制：金属原子如行星环绕恒星般排列，诠释了其高效协同的工作模式。

这项研究的应用价值超越了实验室效率。农田和工业排放的硝酸盐是导致水体富营养化和“死亡区”形成的主要污染源。电化学还原技术可在室温条件下将其无害化处理，并转化为有价值的氨。

氨是合成尿素的关键中间体。目前全球尿素生产主要依赖“博施-迈泽法”，该工艺高度依赖天然气能源。这种单一原料路径构成了全球化肥供应链的脆弱环节。全球尿素贸易主要集中在中东地区，霍尔木兹海峡的航运波动直接影响供应与价格。例如，全球第二大尿素采购国印度在今年4月被迫以近乎两个月前两倍的价格，紧急采购了250万吨尿素。

2026年3月28日，河南郑州，第23届中原农资产品交易暨信息交流会上，施可丰化工股份有限公司展出的控释尿素。 IC Photo

相比之下，中国通过“煤制肥”工艺路线保障了国内化肥产量的基本稳定。但无论以煤还是天然气为原料，合成氨本身仍是高能耗过程。

因此，开发从废弃硝酸盐中低成本、高效率提取氨的技术，其战略意义凸显。该技术短期内虽无法替代大型化肥厂，但可作为重要的备用技术方案，为国家化肥供应体系增加缓冲层和调节阀。

正如《南华早报》所评，这种将污染物转化为养分的催化剂，其价值超越了化学合成本身。它代表了一种有效的缓冲机制，能帮助应对未来潜在的供应冲击。从水体污染治理到粮食安全保障，这项底层技术突破正紧密连接两个关键领域。