开发高活性催化剂以抑制竞争性HER反应和副反应是提高NO3RR性能的有效策略之一。高NO3RR活性催化剂应对*NO3表现出足够的吸附强度，以促进*NO3的脱氧反应步骤。此外，它还需要对水分解产生的活性氢(*H)具有适度的吸附，以抑制活性氢还原为H2，从而促进*NO和*NHO等关键中间体的加氢步骤以产生*NH3。
ZnO是一种理想的催化剂载体，具有中等的HER潜力，因此适合作为在*NO3转化为NH3过程中提供活性氢的催化剂载体。Cu基催化剂由于对*NO3的中度吸附而对NO3RR表现出高活性。将原子分散的Cu位点锚定在ZnO载体上，预计ZnO不仅作为稳定原子分散的Cu位点的载体，还作为共催化剂提供协同催化位点。
近日，中国科学技术大学曾杰和安徽工业大学刘明凯等将分离的Cu原子锚定在ZnO纳米球表面，以增强*NO3的吸附和*H的保留，从而实现NO3–高效电还原为NH3。
机理研究表明，Cu原子的掺杂促进了Zn 3d轨道的d带中心上移，使得反键轨道占据减少，这有利于与吸附的*NO3中间体结合。*NO3吸附的增强可以促进其的脱氧生成*NO中间体，而保留的*H则作为“质子储备”促进*NO中间体的氢化，这种协同效应显著降低了*NO转化为*NHO的能垒，提高了NH3选择性并加速反应进行。
性能测试结果显示，制备的Cu1/ZnO催化剂在流动池中的NH3法拉第效率达到96.1%，NH3生产速率为184.7 mg h-1 cm-2。
此外，Cu1/ZnO作为阴极的可充电Zn-NO3–电池表现出高的最大放电功率密度(5.5 mW cm-2，-0.37 V)和放电电流密度(14.7 mA cm-2，-0.37 V)，在连续充放电循环12小时后，没有发生明显的电压衰减，证实该设备在能量储存和转换中具有巨大的应用潜力。
总的来说，该项研究强调了调节关键*NO3和*H吸附对提高NO3RR活性的重要性，为开发具有快速反应动力学和高NH3选择性的NO3RR催化剂提供了理论指导。
Isolated copper atoms boost *NO3 adsorption and active hydrogen retention over zinc oxide for ammonia electrosynthesis at ampere-level current densities. Journal of the American Chemical Society, 2025. DOI: 10.1021/jacs.5c01863