본 발명의 일 실시예는 메탄의 분해와 암모니아 생산이 동시에 가능한 프로톤 전도성 전기화학 반응기 및 이를 이용한 암모니아 합성 방법을 제공한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 프로톤만을 선택적으로 이동이 가능한 전해질을 사용하기 때문에 메탄(CH 4 )에서 프로톤을 추출할 수 있어 메탄(CH 4 )을 C 2 화합물 등과 같은 고부가가치 물질로 전환 할 수 있고 상기 분리막 반대편으로 수소가 이동하여 NOx 및 N 2 공급시 수소와 반응하여 암모니아를 연쇄적으로 합성 할 수 있다.