在环境条件下电催化NO2–还原为NH3（NO2RR）为迁移NO2–污染物并同时生成高价值NH3提供了一种可靠的途径。然而，NO2RR涉及多步电子转移和复杂的中间体，使得实现高NH3选择性成为一个重大挑战。
2025年3月18日，南开大学袁忠勇在国际知名期刊Advanced Functional Materials上发表题为《*H Species Regulation of Heterostructured Cu2O/NiO Nanoflowers Boosting Tandem Nitrite Reduction for High-Efficiency Ammonia Production》的研究论文，Yi Feng为论文第一作者，袁忠勇为论文通讯作者。
袁忠勇，南开大学教授，博士生导师。新催化材料科学研究所所长，英国皇家化学会会士。1990年毕业本科于浙江师范大学，1996年和1999年在南开大学分别获硕士和博士学位，1999-2001年在中科院物理研究所从事博士后研究，2001-2005年赴比利时和平圣母大学从事研究员工作，2005年受聘为南开大学特聘教授，2006年入选教育部“新世纪优秀人才支持计划”，2008年获“科学前沿-中国卓越研究奖”(Thomson Scientific卓越研究奖)，2012年以访问教授身份赴英国埃克塞特大学学习，2014年和2015年以访问教授身份赴南非大学学习，2016年入选英国皇家化学会会士。
袁忠勇教授长期从事环境保护和能源危机中的科学问题和重要反应等方面的研究，开展有关沸石分子筛、介孔材料、分级孔结构、有机-无机杂化材料、低维纳米结构等多孔纳米催化材料体系的合成、性能与应用研究。已承担国家973计划项目、国家自然科学基金面上项目、天津市科委重点项目、科技部政府间国际合作项目等十余项课题，以及来自中石化、中石油等企业合作项目。至今已在Chem. Soc. Rev.，Angew. Chem. Int. Ed.，Adv. Mater.，Adv. Energy Mater.，Adv. Funt. Mater.，ACS Nano，ACS Catal.，Appl. Catal. B，Small，Chem. Mater.等国际知名期刊上发表SCI收录论文400余篇，被引用19500余次。出版英文专著1部和专著章节4篇，获中国发明专利授权10余项。
在此，研究团队探索了具有双活性位点优势的Cu2O/NiO异质结构纳米花，将其作为高效且高选择性的NO2RR催化剂。
结合理论计算和原位傅里叶变换红外光谱（In-situ FTIR）/电子顺磁共振光谱（EPR）分析，揭示了Cu2O和NiO之间的协同效应，串联催化路径促进了Cu2O/NiO异质结构电催化剂的NO2RR动力学。
其中，Cu2O激活了NO2–的初始吸附和脱氧过程，以促进*NO的形成，而生成的*NO从Cu2O转移到富含活性氢的NiO基底上，用于NH3的转化。同时，异质结构的形成增强了对*H的吸附能力，促进了在NO2RR中消耗的*H，并抑制了*H物种之间的结合。
因此，将Cu2O/NiO应用于液流池中，在-1.25 A cm-2的高电流密度条件下，展现出128.2 mg h-1 cm-2的卓越NH3产率和97.1%的法拉第效率。此外，这种设计的串联系统已被证明适用于其他电化学NH3生产反应，包括NO3–还原反应。
综上所述，该研究开发了一种基于异质结构的Cu2O/NiO纳米花高效电催化剂，用于将亚硝酸根离子还原为氨。通过理论计算和原位光谱分析，揭示了Cu2O和NiO在串联催化路径中的协同作用机制，优化了NO2–的吸附、脱氧和加氢过程。
该研究成功实现了在高电流密度下高达128.2 mg h-1 cm-2的NH3产率和97.1%的法拉第效率，显著抑制了竞争性的析氢反应。这一成果不仅为NO2–污染治理和可持续NH3合成提供了高效途径，还为设计其他串联催化剂提供了理论基础，有望在工业电化学合成领域得到广泛应用。
Feng Y., Lv X., Wang H. et al. *H Species Regulation of Heterostructured Cu2O/NiO Nanoflowers Boosting Tandem Nitrite Reduction for High-Efficiency Ammonia Production. Adv. Funct. Mater., (2025). https://doi.org/10.1002/adfm.202425687.
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