本网讯 近日，中南大学材料科学与工程学院张宁教授团队在硝酸根还原领域取得系列进展，在ACS Nano、Nano Energy、Applied Catalysis B: Environmental等国际权威期刊连续发表最新研究成果。

氨(NH3)是一种重要的化工原料，同时也被认为是一种很有前途的绿色能源储存/转化的载体。目前传统的合成氨（Haber-Bosch工艺）方法需要在高温高压下实现，此过程不仅能耗高，而且还会排放大量的温室气体。硝酸盐(NO3−)是人类工业和农业活动的一种常见产物，其大量存在于废水中，不仅会破坏水体生态平衡，严重时还会引起疾病威胁人类健康。从环保和能源的角度来看，通过绿色电能的驱动，将废水中的NO3−转化为高附加值的NH3是一种“一石二鸟”的策略。因此，电催化NO3−还原合成氨被认为是一种潜在可替代Haber-Bosch工艺的绿色制氨方法。然而，目前电催化NO3−还原制NH3的效率较低，仍不能满足实际工业应用需求。探索和开发高效催化剂是实现NO3−还原制NH3工业化应用的关键。

鉴于此，该团队设计制备了一种匮电子的Co金属纳米晶来促进硝酸根还原制氨。将吡啶氮掺杂的碳与金属Co结合(Co/PN-C)，通过PN-C的吸电子效应使金属Co失去电子。匮电子态的Co有利于NO3−的吸附和活化，同时促进*NH的氢化形成NH3，从而实现一个高效的硝酸根还原制氨过程。该研究提供了一种调节金属催化剂电子态的策略，开发了一种高效的硝酸根还原制氨电催化剂。该工作发表在材料领域权威期刊 Nano Energy (2023, 117, 108901)上。中南大学材料科学与工程学院为第一单位，2019级博士生杨宝鹏为该论文的第一作者，张宁教授、中南大学物理与电子学院刘敏教授为共同通讯作者。

图为Co和Co/PN-C材料的结构表征和电催化NO3−还原性能

同时，该团队还设计开发了WN/WO3纳米片的异质结构，优化了*NOx的吸附并促加氢，极大促进了NO3-还原合成NH3的过程。研究表明，将WN局部引入WO3将缩短相邻W原子之间的距离，导致*NO3和*NO2以双齿配体的形式吸附在W活性位点上，该吸附形式比原始WO3的单齿配体的吸附形式更加强烈，利于后续还原反应。此外，引入的WN促进了H2O离解为NO2氢化提供了必要的质子，从而实现了一个高效的硝酸根还原制氨过程。该研究工作开发了一种简单有效的异质结构策略，以调节NOx的吸附和氢化，从而提高从NO3-还原合成NH3的效率。该工作发表在材料领域权威期刊ACS Nano(2023, 17, 25091)上。中南大学材料科学与工程学院为第一单位，2021级硕士生黄振聪为该论文的第一作者，张宁教授、2019级博士生杨宝鹏为共同通讯作者。

图为WO3, N-WO3, WN/WO3,和WN材料的结构表征和电催化NO3−还原性能

此外，在硝酸根还原的基础上，通过电催化C-N耦合过程，可以将温室气体CO2以及工业废水中的硝酸盐(NO3－)共同还原转化为高价值品尿素。此过程有助于实现碳中性的目标，同时也能最大化利用废弃资源。鉴于此，该团队设计了一种具有异质活性位点Cu-Ni合金纳米晶，促进了电催化尿素合成中的氢化反应和C-N偶联反应。Cu-Ni合金纳米晶实现了最高的尿素法拉第效率25.1%和尿素产量37.53 μmolh-1cm-1。X射线吸收光谱（XAS）和X射线光电子能谱（XPS）表明，铜和镍主要以金属状态存在。通过原位傅里叶变换红外光谱（FT-IR）分析了尿素形成的机理，揭示了*NH2和*CO之间可能的C-N偶联反应途径。理论计算表明，*NOx的氢化和*CO与*NH2的耦合更容易发生在共存的铜和镍位点上，而不是均匀的铜或镍位点上。该工作发表在催化领域权威期刊Applied Catalysis B: Environmental (2023, 123577)上。中南大学材料科学与工程学院为第一单位，2021级硕士生周钰龙为该论文第一作者，张宁教授、电子科技大学梅宗维研究员为共同通讯作者。

图为Cu/C, Cu9Ni/C, Cu8Ni2/C, Cu5Ni5/C, and Ni/C材料的结构表征和电催化尿素合成性能

（一审：唐潇珺 二审：邓皓迪 三审：李殷）