低炭素エネルギーのための電子配置駆動型電解触媒による窒素循環の再定義

Unofficial AI-generated summary based on the public title and abstract. Not an official translation.

🔬研究者:Provides a unified mechanistic framework linking electronic configuration to electrocatalytic nitrogen conversion performance.

🏢実務担当者:May inform sustainable chemical process design for low-carbon ammonia and urea production.

抄録 地球規模の窒素循環は、食料生産、化学製造、そして新興エネルギーシステムにとって不可欠であるが、化石燃料集約的な窒素固定と反応性窒素種の制御されない排出によって深刻に撹乱されてきた。電解触媒による窒素変換は、温和な条件下で窒素種の電気駆動による相互変換を可能にする持続可能な工学的パラダイムとして登場し、再生可能エネルギーと連携した循環型窒素利用への道筋を提供する。急速な進展にもかかわらず、現在の研究は断片的なままであり、窒素還元、硝酸塩および亜硝酸塩還元、尿素およびアンモニア酸化を主に独立したプロセスとして扱っている。本レビューは、電解触媒による窒素循環を統合された酸化還元ネットワークとして解釈するための、電子配置中心の枠組みを確立する。五つの主要な窒素変換反応が体系的に分析され、dバンド特性、酸化状態およびスピン状態、結晶場効果、欠陥誘起電子再分布、ヘテロ構造による電荷移動を含む、電子制御の五つの基本次元が特定される。これらの電子記述子を反応特異的なボトルネックと関連付けることにより、本レビューは還元経路と酸化経路にわたる機構的理解を統合し、持続可能な工学に中心的な性能指標を強調する。この視点は、拡張可能で低炭素な窒素利用技術を前進させるためのシステムレベルの設計原理として電子配置を位置付ける。

AI 翻訳（deepseek-v4-flash）。 正確を期す場合は下の原文を参照してください。

ABSTRACT The global nitrogen cycle is essential to food production, chemical manufacturing, and emerging energy systems, yet it has been severely disrupted by fossil‐intensive nitrogen fixation and uncontrolled emissions of reactive nitrogen species. Electrocatalytic nitrogen conversion has emerged as a sustainable engineering paradigm that enables electrically driven interconversion of nitrogen species under mild conditions, offering a pathway toward circular nitrogen utilization coupled with renewable energy. Despite rapid progress, current research remains fragmented, largely treating nitrogen reduction, nitrate and nitrite reduction, and urea and ammonia oxidation as isolated processes. This review establishes an electronic‐configuration‐centered framework to interpret the electrocatalytic nitrogen cycle as an integrated redox network. Five key nitrogen conversion reactions are systematically analyzed, and five fundamental dimensions of electronic regulation are identified, including d‐band characteristics, oxidation and spin states, crystal field effects, defect‐induced electronic redistribution, and heterostructure‐enabled charge transfer. By correlating these electronic descriptors with reaction‐specific bottlenecks, this review unifies mechanistic understanding across reductive and oxidative pathways and highlights performance metrics central to sustainable engineering. This perspective positions electronic configuration as a system‐level design principle for advancing scalable, low‐carbon nitrogen utilization technologies.

• openalex https://doi.org/10.1002/cey2.70287first seen 2026-06-29 05:17:34 · last seen 2026-06-29 05:17:39