电化学氮还原反应是近年来在常温常压条件下进行氨合成的研究热点，与传统的Haber-Bosch法相比，电化学氮还原反应可以大幅度降低氨生产能耗。NRR电催化剂的合理设计和优化对氮原子间的三键断裂和氮氢键的形成具有重要意义。近年来，具有三维过渡金属结构、低成本、高储量以及催化性能优良等特点的铜基材料，通过各种形态和电子结构调制策略，成为高效NRR电催化剂。

有鉴于此，华东师范大学施剑林院士和陈立松副教授等人，以铜基电催化剂的合理调制为典型案例，总结了各种有效提高NRR的氨产率和转化效率的设计策略。

本文要点

1）简要介绍了NRR的反应机理后，对形态改变，合金化工程，晶格相调节，空位工程和单原子结构构建的五种改变铜基电催化剂的结构和性能的策略进行了总结，然后讨论了催化剂调节和相应的NRR性能之间的关系。最后，提出了NRR的当前挑战和未来前景。

2）当前的氨产率和转化效率仍然离工业应用还很遥远。为了进一步促进电催化NRR的发展，应注意以下几个问题：（1）新型电催化剂的合理设计。必须通过设计能够在还原过程中抑制HER的NRR选择性催化剂和/或使用能够控制质子释放的合适电解质来大大抑制主要的竞争反应HER。（2）电催化NRR系统的优化。合理设计替代传统OER的阳极反应具有重要意义。

3）（3）氨的精确定量。目前广泛使用的分光光度法简单易行，但诸如pH和杂质离子（如Ru³⁺，Fe²⁺）等干扰因素可能会对准确度产生重大影响，因此希望将分光光度法与其他方法进行平行检测确保精确和可重复的定量。（4）实验指导的理论计算。催化反应的关键数据，例如反应物的吸附自由能，催化剂的潜在活性中心和可能的催化途径，可以通过理论计算获得，用于进一步的催化系统设计。（5）原位表征技术的应用。通过多种原位表征技术的综合运用，可以获得在反应过程中反应物和中间体在催化剂表面上的精确吸附状态和结构转化的关键知识，这将有助于阐明实际和详细的N₂还原途径。

参考文献：

Hangyan Zhou  et al. Modulation strategies of Cu-based electrocatalysts for efficient nitrogen reduction. J. Mater. Chem. A, 2020.

DOI: 10.1039/D0TA06776H

https://doi.org/10.1039/D0TA06776H