氨是无碳能量载体和生产多种日用化学品（如肥料）的关键前驱体，将大气中的氮气（N2）固定为氨（NH3）是对环境和生物体至关重要的化学过程。目前，工业氨生产仍然严重依赖于传统的Haber–Bosch (H–B)工艺，然而该工艺能耗高、排放大量二氧化碳。由于将二氮氮气还原为氨是一个放热过程，因此低温有利于促成形成氨的热力学平衡。但是，仍然需要大量的能量输入才能打破非极性氮氮三键。根据能量输入和反应途径的不同，可以将新兴的固氮方法分为生化，光催化，等离子化学，化学环化和电化学方法。其中，利用可再生能源发电的电化学方法可以将太阳能或风能作为能量输入。具有活性位点的电催化剂为氮气的吸附，活化和氢化提供了反应位点。设计制备用于电化学氮还原的电催化剂，最有效和可行的方法是通过对氮的溶解，迁移，吸附/活化，加氢的原子/结构/系统调控原理有清晰的认识。目前通过电化学方法获得的NRR效率仍远远不能满足商业化的要求，电化学NRR仍然需要深入的科学研究和技术发展。
有鉴于此，中科院福建物构所王要兵研究员等人合作综述了氮还原技术的研究进展。他们提供了对NRR基本机理的见解，并总结了近年来的重大进展，全面总结了电催化剂和电催化系统的原子/纳米结构的发展以及高效NRR设计所需的原理，并概述了有关电催化剂和电化学NRR系统的可能机遇以及挑战。
本文要点
1）他们首先介绍了电化学氮还原的热力学，动力学，以及对机理和反应途径的基本理解，并重点介绍了关键步骤。然后描述了电催化剂的实验和理论进展，重点是对活性位点调控的研究进展。此外，他们还总结了重要的电化学系统工程原理，用于与电催化剂相配合。最后提出了有效的电化学还原氮的指导原则。
2）在某些情况下，电催化剂的活性中心可能会改变，尤其是对于结构和价可变的金属基材料而言。因此，在电解后进行结构/组成表征可以确定稳定的NRR活性中心。原位或操作光电子能谱，原位同步加速器辐射技术和原位透射电子显微镜对识别活性结构/组分及其与含氮中间体的相互作用非常有用。另外，根据稳定的结构信息设计相应的理论模型进行计算对于电催化剂的设计可以提供更可靠的机理见解。
总之，该综述对于促进解决氮电还原工艺发展所面临的挑战提供了机遇，而且对于其他电催化剂的设计制备也有重要的借鉴意义。
参考文献：
Yiyin Huang et al. Atomic Modulation, Structural Design, and Systematic Optimization for Efficient Electrochemical Nitrogen Reduction. Advanced science, 2020.
DOI: 10.1002/advs.201902390
https://doi.org/10.1002/advs.201902390
