電化學氮還原反應NRR為綠色合成氨提供一種符合可持續發展的替代方法。但是，由于N2分子在電極界面的可及性有限（limited accessibility），以及大量質子在催化活性位點的競爭吸附，導致N2覆蓋率低和選擇性降低，如何解決這個問題仍然是個挑戰。
有鑒于此，阿德萊德大學焦研、Xiaowan Bai等研究K+離子在調節界面環境中的關鍵作用，特別是操作電位的電化學條件下，不同K+濃度如何影響N2吸附、*NH3脫附和氫轉移（HT，hydrogen transfer）機理。這項研究的結果表明，電極界面的高濃度K+顯著增強N2吸附和*NH3脫附，共同導致NRR反應的選擇性提高，這與實驗的結果相符。
本文要點：
（1）
進一步的，通過研究氫轉移（HT）動力學，確定了兩個關鍵步驟：質子化（HT1）和擴散（HT2）。其中，擴散（HT2）是反應的決速步驟，其受到陽離子誘導微環境氫鍵連通性（hydrogen bond connectivity）和質子穿梭強度（proton shuttling strength）的驅動。具體來說，在較低的電位，高濃度的界面K+具有更弱的連通性和緩慢的質子穿梭性質，因此限制NRR反應的效率。但是，通過微動力學模型（MKM）分析的結果表明，優化電極的過電勢和電解質的成分，能夠促進質子穿梭，因此克服這些局限性。
（2）
此外，這項研究給出了K+的摩爾濃度、電極電位、產物NH3選擇性之間相互作用的詳細關系。這項工作為通過調節電解質和微環境，促進NRR效率的提高提供重要的幫助。
參考文獻
Lin Jiang, Xing Zhi, Xiaowan Bai*, and Yan Jiao*, Atomic-Level Insights into Cation-Mediated Mechanism in Electrochemical Nitrogen Reduction, J. Am. Chem. Soc. 2025
DOI: 10.1021/jacs.4c18622
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c18622
