Zn–N4 负责产生活性氢、Cu 负责硝酸盐活化，电催化制氨法拉第效率达 97.07%

顶级刊物论文速递 · 发布 2026-08-23T06:37:00+08:00 · 更新 2026-08-23T06:40:25+08:00

Angewandte Chemie 论文将 Zn–N4 原子位点用于水解离和活性氢捕获，再让 H* 溢流至负责硝酸盐吸附活化的 Cu 位点。催化剂在 0.1 M KNO3 碱性体系中达到 21.96 mg·h⁻¹·cm⁻² 氨产率和 97.07% 法拉第效率，Zn–硝酸盐电池运行超过 100 小时；真实废水、氮平衡、分离能耗和放大仍待验证。

Angewandte Chemie International Edition 8 月 22 日发表硝酸盐电还原制氨研究。团队把金属 Cu 与原子级分散的 Zn–N4 位点组合，让两类位点承担不同步骤：Zn–N4 促进水解离、生成并捕获活性氢 H*，随后 H* 溢流到相邻 Cu；Cu 则吸附和活化硝酸盐，使连续供应的 H* 更有效地参与 N–H 键形成。论文入口见 Wiley DOI 页面，摘要与元数据见 Crossref。

研究以原位 X 射线吸收、原位红外、原位拉曼和理论计算交叉追踪位点分工。空间上分离“活性氢生成”和“中间体利用”，意在避免同一位点既要高效裂解水、又要吸附硝酸盐及多步加氢所产生的能垒冲突。作者报告，在 0.1 M KNO3 碱性电解液中，最高氨产率为 21.96 mg·h⁻¹·cm⁻²，最高法拉第效率为 97.07%。

团队还构建 Zn–硝酸盐电池，报告 14.59 mW·cm⁻² 功率密度、4.26 mg·h⁻¹·cm⁻² 氨产率和 93.65% 法拉第效率，并连续运行超过 100 小时。它把硝酸盐污染治理、氨化学品生产和发电放到同一电化学架构中。需要注意的是，实验使用较明确的碱性、高浓度硝酸盐条件；真实废水还包含氯离子、有机物和多种竞争离子，氮平衡、氨分离能耗、电极面积放大和长期 Zn 消耗都会改变系统经济性。

为什么重要： 论文通过空间位点分工化解硝酸盐还原多步质子—电子转移的内在冲突，并同时给出高选择性制氨与电池运行结果，为“污染物—产品—电能”耦合提供催化设计模板。

信息来源

• Angewandte Chemie International Edition｜论文 DOI 页面
• Crossref｜论文元数据与摘要

可信度说明

研究经过同行评议，原位光谱、理论计算和电化学指标共同支持活性氢溢流机制，并有超过 100 小时电池测试；但最高性能来自受控 0.1 M KNO3 碱性体系，真实废水杂质、完整氮收支、氨分离能耗、大面积电极和长期材料消耗尚未证明。