南开大学卜显和/张冀杰、北京工业大学魏盛杰，发表ACS Catal.！

电化学NO₃RR可以同时实现NO₃^–污染物的消除和NH₃的生产，具有环境友善和能源效益。因此，开发高效的NO₃RR催化剂具有重要意义。近年来，N掺杂碳上原子分散的金属-N₄位点表现出优异的NO₃RR催化活性，这是因为它们具有最大的原子利用效率和良好的结构稳定性。设计高效的催化位点、强化NO₂*作为关键中间体的吸附、促进NO₃RR的深度还原和提高NH₃作为产物的选择性是提高NO₃RR活性和选择性的关键。

然而，关键中间体NO₂*是极性的，而对称的金属-N₄位点是非极性的。金属-N₄位点的刚性和不灵活结构及其非极性不利于NO₂*的吸附和NO₃RR的深度还原。因此，如何有效地增加金属-N₄位点的极性并强化NO₂*中间体的吸附，有望进一步提高NO₃RR生产NH₃的活性和选择性。

近日，南开大学卜显和、张冀杰和北京工业大学魏盛杰等报道了一种直接、低成本的“平面氯化工程”策略，即“NaCl-共热解”策略，成功地在N,Cl-共掺杂碳上Fe-N₄催化位点的平面方向引入了C-Cl键(Fe-N₄/CNCl)。相邻C-Cl键的引入完全破坏了传统Fe-N₄催化位点的几何对称性，从而增强了Fe-N₄位点的极性。

理论计算证实，具有相邻C-Cl键的非对称Fe-N₄位点有效增强了极性NO₂*中间体的吸附，促进了NO₃^–的深度还原，提高了NO₃RR的活性，同时降低了决速步的能垒。

性能测试结果显示，在NO₃RR过程中，与N掺杂碳上传统的Fe-N₄催化位点(Fe-N₄/CN)相比，Fe-N₄/CNCl表现出更高的催化活性，在-0.83 V_RHE时的最大NH₃产率为1.82 mg h^-1 cm^-2，是Fe-N₄/CN (0.53 mg h^-1 cm^-2)的3.4倍。

此外，Fe-N₄/CNCl催化剂在连续15个循环反应中也表现出优异的稳定性，这些结果揭示了平面氯化工程在改善传统金属-N₄催化位点极性方面的显著优势，从而提高NO₃RR的催化活性。

综上，通过平面氯化工程诱导极性进入金属-N₄位点对提高NO₃RR的催化活性具有重要作用，同时“平面氯化工程”策略为设计高效的催化剂提供了思路。

Planar chlorination engineering enhances the polarity of the Fe-N₄ site for boosting nitrate electroreduction.ACS Catalysis, 2025. DOI: 10.1021/acscatal.5c01394