【问题】 在全球能源转型加速的背景下，绿氨作为零碳能源载体和绿色化工原料，其规模化生产长期受制于传统哈伯法的高能耗。另外，我国核电站每年产生大量低放射性贫铀废料，现有处置方式既占用土地，也造成可利用战略金属的闲置与浪费。如何同时缓解“高能耗制氨”和“贫铀处置”两大难题，成为学术界与产业界关注的方向。 【突破】 北大团队将贫铀与石墨炔复合，研制出铀/石墨炔（U/GDY）催化剂。实验显示，该催化剂在150℃、15个大气压条件下，氨合成速率达到587.5微摩尔/克/小时；相比传统工艺，反应温度降低300℃以上、压力减少十倍以上。高分辨电镜观测发现，铀原子以约0.35纳米间距有序排布，形成特殊的“桥式吸附”结构，可更高效地活化氮气分子。 【机理】 研究认为，铀的5f电子轨道与石墨炔共轭体系产生电子协同效应，显著削弱氮气三键的结合能。通过调控电子结构，反应能垒得以降低，突破了传统铁基催化剂在温和条件下的限制，为低温低压固氮提供了新路径。团队已完成克级规模稳定性测试，连续运行200小时后活性保持率仍在90%以上。 【影响】 技术经济性评估显示，若与绿电制氢系统配套，绿氨生产成本有望由目前的4000—5000元/吨降至约2000元/吨。我国现有贫铀库存超过百万吨，按催化剂铀含量1%估算，可支持千万吨级的年氨产量。该路线不仅可能影响全球约1.5万亿元规模的合成氨产业，也为构建“核废料—催化剂—绿氨—碳中和”的循环链条提供了新的工程化思路。 【挑战】 产业化仍需跨过三道关口：一是万吨级反应器放大过程中传质传热的工程难题；二是绿氢供应的稳定性将直接影响系统效率与成本；三是铀材料的安全管控与合规使用需要配套制度和标准。专家建议采取“三步走”：先开展百吨级中试验证，同时建立铀资源回收与管理体系，最终以国家牵引的产学研联合机制推动商业化落地。
将贫铀等存量资源转化为化工催化材料，把“核材料管理”与“绿色化工转型”在同一技术路径上衔接起来，表明了科研对资源安全与能源转型的双重回应。但从实验室走向产业，仍取决于安全合规、工程可行和全链条成本三道“硬门槛”。在守住安全底线的前提下，通过更严格的验证与更完善的产业合力推进落地，这个路线有望为绿色合成氨的规模化提供新的选择。