近日，深圳大学化学与环境工程学院何传新教授课题组在《Energy & Environmental Science》（影响因子38.5，中科院JCR 1区，TOP期刊）发表了题为《Reaction intermediates-mediated electrocatalysts synthesis favors specified facets and defects exposure for efficient nitrate-ammonia conversion》的研究论文。该团队胡琪专职副研究员为第一作者，深圳大学何传新教授为通讯作者，深圳大学为唯一通讯单位。

氨（NH₃）是生产肥料的重要氮源，也是一种具有高能量密度（4.3 kWh kg^-1）的能源载体。然而， NH₃的大规模合成严重依赖于工业哈伯法，这不仅需要消耗大量的能量，而且需要在高温高压的恶劣条件下进行。在环境条件下的电催化氮气还原反应（NRR）作为一种替代路线，目前受到了广泛的关注。然而，NRR的反应速率通常非常低，比哈珀法低两到三个数量级。与N₂形成鲜明对比的是，硝酸根阴离子（NO₃^-）仅需要204 kJ mol^-1的能量就可以打破N=O键，并且在水溶液中具有良好的溶解性。因此，电化学NO₃^-还原反应（NO₃^-RR）具有更低的反应能垒，可能是NRR的理想替代反应之一。此外，含氮肥料和化学品的过度使用已导致环境中NO₃^-浓度日益增加，并对人类的健康产生了巨大的威胁。总体而言，NO₃^-RR提供了一个“一举两得”的策略，在人工合成NH₃的同时解决环境污染问题。

为了进一步提高NO₃^-RR的反应效率，何传新教授团队利用原位电化学还原的方法，在NO₃^-RR的反应条件下，通过NO₃^-RR反应中间体与特定晶面的相互作用，将暴露（111）晶面的氧化铜纳米带还原为暴露（100）晶面且富含缺陷的铜纳米带。通过DFT计算，我们发现NO₃^-RR的中间体N*与Cu（100）存在着强烈的相互作用，可以显著促进Cu（100）的暴露；而且，氧化铜纳米带较高的反应活性，可以促进还原过程中铜原子的溢出产生大量的缺陷。得益于Cu（100）晶面与表面缺陷的协同作用，所制备的催化剂在NO₃^-RR生成NH₃的反应中展现了优异的催化活性，在-0.15 V vs RHE的电位下，其氨的法拉第效率高达95.3%且产氨速率为650 mmol gcat.^-1 h^-1。