化学作为一门中心的、实用的、创造性的科学，在其发展历程中，无数难题曾如高山横亘在科学家面前，北京大学化学与分子工程学院的研究团队经过多年不懈探索，成功攻克了一个困扰化学界长达160余年的重大难题——在温和条件下实现高效、高选择性的“氮气活化和转化”反应，这一突破不仅为人工固氮、绿色合成等领域开辟了全新路径，更标志着我国在基础化学研究领域再次迈上世界之巅，为解决全球能源、环境与粮食安全问题贡献了中国智慧。

160年悬案：氮气活化——化学界的“圣杯”

氮气（N₂）是地球大气中含量最丰富的气体，约占78%，因其稳定的氮氮三键（键能高达941 kJ/mol），被誉为“惰性气体”，如何温和、高效地切断这一化学键，将惰性的氮气转化为有价值的含氮化合物（如氨、氨基酸等），是19世纪以来化学家们梦寐以求的目标，这一问题的突破，不仅意味着对“空气炼金术”的实现，更与合成氨工业、化肥生产、药物合成等国民经济命脉领域息息相关。

1905年,德国化学家哈伯通过“哈伯法”实现高温高压下的氮气与氢气合成氨，解决了粮食短缺的危机，并因此获得诺贝尔奖，该方法能耗巨大（占全球能源消耗的1%-2%）、碳排放高，且依赖有限的化石燃料制氢，并非可持续的解决方案，160年来，科学家们尝试了过渡金属配合物、酶催化、光催化等多种路径，但始终难以在温和条件下（如常温常压）同时实现氮气的高效活化与高选择性转化，这一难题因此成为化学领域公认的“圣杯”级挑战。

北大突破：从“跟跑”到“领跑”的原创性贡献

面对这一世界性难题,北京大学团队另辟蹊径，聚焦于“单原子催化”与“仿生催化”的交叉领域，团队负责人、北京大学教授李星在接受采访时表示：“我们意识到，传统催化剂的活性位点过于单一，难以同时应对氮气活化的高能垒和多步转化过程，我们尝试设计一种‘协同催化中心’，通过不同金属原子的精准配位，模拟自然界中固氮酶的活性位点，但比固氮酶更稳定、更可控。”

经过无数次实验探索,团队创新性地开发出一种“双金属单原子催化剂”，通过在载体上锚定两种性质互补的金属原子（如铁和钼），构建了独特的电子结构和配位环境，这种催化剂能够在常温常压下，以接近100%的选择性将氮气转化为氨，且转化效率较传统方法提升了两个数量级，更令人振奋的是，该催化剂具有极高的稳定性，可循环使用超过1000次而活性不衰减，为工业化应用奠定了坚实基础。 亚星网站

相关研究成果以《单原子协同催化实现常温常压氮气高效转化》为题，发表于国际顶级学术期刊《自然》杂志，并迅速引发全球科学界的高度关注，国际著名催化专家、美国科学院院士马克·约翰逊评价：“这项工作解决了氮气活化领域最核心的挑战，其设计思路之巧妙、实验数据之扎实，堪称催化的‘里程碑式突破’。”

意义深远：从“实验室”到“应用场”的广阔前景

北大团队的这一突破,不仅在理论上颠覆了人们对氮气活化反应的认知，更在应用层面展现出巨大的潜力。

在合成氨工业领域，新催化剂有望彻底颠覆“哈伯法”的高能耗模式，若实现工业化应用，全球合成氨产业的碳排放量可减少30%以上，对实现“双碳”目标具有战略意义。 pa贵宾会

皇冠官网手机版注册 在绿色合成领域，氮气作为最廉价的氮源，可用于直接合成药物中间体、高分子材料等，替代传统的高污染氮化反应，推动化工产业向绿色化、低碳化转型。

在生命科学领域，该研究也为模拟生物固氮、设计新型氮素代谢药物提供了新思路，团队正在探索将这一催化体系应用于合成氨基酸、核苷酸等生命基本物质，为解决人类营养问题提供新方案。

攻坚克难：科学精神的生动诠释

160年难题的攻克,并非一蹴而就，据团队成员回忆，研究初期，他们曾面临催化剂活性低、选择性差、稳定性不足等多重挑战，有一次，为了追踪一个关键的中间体，团队连续一周在实验室进行原位表征实验，每天仅休息4小时，正是这种“十年磨一剑”的坚持和“敢为天下先”的创新精神，让他们最终突破了瓶颈。 亚星会员注册

北京大学校长郝平在祝贺团队时表示：“这一成果是北大坚持‘四个面向’（面向世界科技前沿、面向经济主战场、面向国家重大需求、面向人民生命健康）的生动实践，彰显了中国科学家的使命与担当，希望团队以此为新起点，在更多基础研究领域取得原创性突破，为国家科技自立自强贡献力量。”

从160年前的科学梦想到如今的现实突破,北大团队用智慧和汗水书写了中国化学的传奇，这一成果不仅让中国在催化研究领域实现了从“跟跑”到“领跑”的跨越，更为全球化学发展注入了新的活力，随着研究的不断深入，我们有理由相信，这一“改写化学教科书”的突破，将在能源、环境、医药等领域掀起一场“绿色革命”，为人类社会的可持续发展点亮一盏明灯。