在環(huán)境條件下將硝酸鹽(NO3-)電化學還原為氨(NH3)有望促進人工氮循環(huán)。盡管過渡金屬基催化劑有所發(fā)展，但其伴隨的原位電化學重構往往導致真實活性位點和反應機制的模糊性。鑒于此，內蒙古大學Xiaojun Gu等報道了一種將富含陽離子Ni空位的Ni@Ni2P顆粒封裝于中空氮摻雜碳納米纖維(命名為Ni@Ni2-xP@N-CNFs)中的方法，用于電催化NO3-還原為NH3，并通過多種原位電化學表征和理論計算研究了其表面重構和反應機制。
本文要點：
（1）三種缺陷型Ni@Ni2-xP@N-CNFs催化劑中陽離子Ni空位濃度的調控導致在-0.2 V vs RHE電位下NH3產(chǎn)率存在3.92倍的差異。在電催化反應過程中，Ni@Ni2-xP@N-CNFs表面會形成新的非晶態(tài)Ni(OH)2和NiOOH物種，其中穩(wěn)定的非晶態(tài)Ni(OH)2物種有利于產(chǎn)生更多活性氫(*H)用于NO3-加氫。
（2）這一機制通過原始和重構缺陷催化劑上不同的反應決速步驟得到進一步驗證。將優(yōu)化的缺陷催化劑作為陰極集成到穩(wěn)定的水系Zn-NO3-電池中，可獲得高功率密度和NH3法拉第效率。
Rong Gao, Jiangwei Zhang, Guilan Fan, Xiaosong Wang, Fengyu Ding, Yan Guo, Chenhui Han, Yuliang Gao, Ao Shen, Junfang Ding, Limin Wu, Xiaojun Gu, Angew. Chem. Int. Ed. 2025, e202505948.
https://doi.org/10.1002/anie.202505948
