北京理工大学孙建科团队联合深圳先进院杨新春团队Angew：离子有机笼调控界面电荷微环境以增强电催化硝酸盐还原制氨

本文背景：传统哈伯-博世法制氨高能耗高排放，电催化硝酸盐还原制氨（NO3RR）是绿色替代路径，但面临硝酸盐吸附弱、析氢竞争、活性氢供给不足等挑战，尤其在在中性介质中动力学缓慢。研究目的：北京理工大学孙建科团队与深圳先进院杨新春团队合作，旨在通过创新性超分子策略，协同调控催化剂对反应物的富集、活化及质子供给，以提升NO3RR性能。结论：研究者将Pd簇封装于具有可调正电荷的季铵化有机笼（QA-Cage）中，构建了Pd⊂QA-Cageˣ⁺（x=24,12,6）催化剂。该设计实现双重调控：高正电荷笼骨架不仅富集NO₃⁻并上移Pd的d带中心以增强活化，还在电势驱动下，通过抗衡阴离子（Cl⁻）向笼骨架转移电子生成稳定自由基，进而活化水产生氢自由基（H·），经氢溢流促进Pd位点的加氢过程。优化的Pd⊂QA-Cage24⁺催化剂在中性电解液中实现了95.44%的法拉第效率和25.70 mg h⁻¹ mg_cat⁻¹的NH₃产率，并能将富营养化海水中超过99.4%的硝酸盐去除至饮用水标准以下。该工作引入离子型分子笼作为可编程界面调控单元，为提升电催化性能提供了有效超分子策略。