协同的Cu⁰-Cu⁺位点被认为是硝酸盐电化学还原反应（NO₃⁻RR）过程中合成氨的活性物种。然而，Cu⁰和Cu⁺的反应机制及其各自的作用仍然不明确。一个主要障碍是，有效调控Cu⁰-Cu⁺位点的界面结构非常具有挑战性。
基于此，2025年3月10日，山西大学杨恒权等人在国际知名期刊Nature Communications发表题为《Size-effect induced controllable Cu0-Cu+ sites for ampere-level nitrate electroreduction coupled with biomass upgrading》的研究论文。
在本文中，作者通过调节Cu₂O纳米立方体电催化剂的尺寸效应，实现了Cu⁰-Cu⁺界面结构的可控构建，并将其应用于NO₃⁻RR性能的提升。我们通过原位电化学拉曼光谱和X射线吸收近边结构（XANES）表征，将宏观颗粒尺寸与微观局域配位结构特性相关联，阐明了Cu⁰-Cu⁺结构的形成机制，并揭示了Cu⁰-Cu⁺位点在NO₃⁻RR中的协同效应。
基于Cu⁰-Cu⁺界面电催化剂的合理设计，作者开发了一种高效的双电极电解系统，通过耦合阴极的NO₃⁻RR过程和阳极的5-羟甲基糠醛（HMF）电化学氧化反应（HMFOR），同时实现了氨和2,5-呋喃二甲酸（FDCA）的高效生产。在100 cm²的阴离子交换膜电解槽中，该系统在工业相关电流密度（2 A cm⁻²）下运行，同时保持了高法拉第效率（氨的法拉第效率为75.6%，FDCA的法拉第效率为71.2%）、高产率（氨的产率为5.20 mmol h⁻¹ cm⁻²，FDCA的产率为0.47 mmol h⁻¹ cm⁻²）和长期运行稳定性（20小时），显示出良好的实际应用前景。
Lu, Y., Yue, F., Liu, T. et al. Size-effect induced controllable Cu0-Cu+ sites for ampere-level nitrate electroreduction coupled with biomass upgrading. Nat Commun 16, 2392 (2025). https://doi.org/10.1038/s41467-025-57097-x
