湖南师范大学，发表AFM！

将NO₃^–转化为无害氮(N₂)或高附加值产品(NH₃)是减轻环境NO₃^–污染的可行策略。传统的工业NH₃生产主要依赖于Haber-Bosch (H-B)方法，但该方法需要化石燃料衍生的H₂，以及高温(400-600 °C)和高压(200-350 atm)的苛刻反应条件。由于NO₃^–具有良好的水溶性和较低的N-O键解离能(204 kJ mol^-1)，电催化NO₃^–还原为NH₃ (eNRA)已受到广泛关注，被认为是H-B工艺的可持续替代方案。

此外，eNRA可以与等离子体/光催化诱导的N₂氧化技术耦合，实现低能耗空气直接转化为NO₃^–。然而，eNRA是一个极其复杂的过程，涉及8个电子转移过程、多个可能的反应中间体、多种反应途径和竞争反应。因此，迫切需要开发低成本和高性能的电催化剂，以满足eNRA的工业需求。

近日，湖南师范大学杨静、黄炜和香港理工大学郑广平等通过改进的自发凝胶合成工艺，将CuCo继电位点整合到骨架直径为10 nm的相互连接的多孔气凝胶网络中，以实现高效、长期的多站点协同继电催化。

实验结果表明，在1.0 M KOH和1000 ppm KNO₃-N (≈0.07 M)电解质中，优化的Cu₅₀Co₅₀气凝胶在低过电位(-0.2 V_RHE)下表现出超高的NH₃产率，为3.3±0.27 mmol h^-1 cm^-2 (2110±173 mmol h^-1 g_cat^-1)，且NH₃法拉第效率达到100%，高于文献报道的大多数非贵金属催化剂。

此外，在工业级电流密度下(200 mA cm^-2)，Cu₅₀Co₅₀气凝胶可以连续运行约100小时(NH₃法拉第效率大于85%)，表现出优异的长期稳定性。

原位光谱表征和理论计算结果显示，Cu位点对NO₂^–的吸附能力较弱，形成活性氢的能力较差，因此产生的NO₂^–无法及时被还原，且容易从Cu表面解吸，导致NO₂^–在电解质中积累；而在引入Co位点后，实现了高效eNRA的继电催化：1.气凝胶高度多孔的结构能够充分暴露活性位点，提供优异的自支撑性；2.Co位点可以显著增强NO₃^–和NO₂^–的吸附，促进NO₃^–的脱氧，避免NO₂^–从电催化剂表面释放；3.含Co表面对*H的吸附增强，抑制*H的偶联，这可以促进*NO_x中间体的加氢；4.相互连接的三维CuCo位点可以加速eNRA的动力学。

综上，这种连续继电器位点构建策略显著提升了NO₃^–还原为NH₃的活性，为开发先进的高效继电器催化剂开辟了新途径。

High-performance CuCo aerogel electrocatalyst for relay electroreduction of nitrate to ammonia.Advanced Functional Materials, 2025. DOI: 10.1002/adfm.202507903