浙农林胡勇/浙师大王海燕AEM：原子级串联策略促进稀硝酸盐合成氨

背景：全球氮平衡因工业和农业中氮肥的广泛使用而遭到破坏，硝酸盐污染加剧水体富营养化，对人类健康构成威胁。传统的哈伯-博世工艺能耗高、碳排放量大，因此电化学硝酸盐还原（NO₃RR）成为在环境条件下可持续合成氨的替代途径。然而，现有研究多集中于高浓度硝酸盐的强酸碱性环境，实际废水中硝酸盐浓度通常较低，且中性条件下反应效率受析氢竞争和中间体标度关系制约。研究目的：开发一种用于中性和低浓度环境中高效耐用的电催化剂，以实现硝酸盐高效电还原为氨。本研究设计了一种原子级串联的氟、磷双掺杂钴（F, P-Co）催化剂，旨在通过促进中间体溢流，提升低浓度硝酸盐还原性能。结论：实验与理论计算表明，F和P双掺杂协同增强了硝酸盐吸附，加速了加氢动力学，降低了反应能垒。F, P-Co催化剂通过*NO₂溢流介导的原子接力机制，即F-Co位点优先吸附并还原硝酸盐为*NO₂，随后*NO₂中间体自发迁移至P-Co位点进行高效加氢，实现了优异的NO₃RR性能。在10 mM硝酸盐的中性溶液中，-0.5 V vs. RHE电位下，氨产率达357.5 µmol h⁻¹ cm⁻²，法拉第效率为96.0%，并在流动池中展现出200 h的稳定性。此外，在5-羟甲基糠醛耦合的流动池中，大电流密度下实现了高氨产率，显示出大规模合成氨的应用潜力。