环境电解氮还原反应 (eNRR) 作为资本和能源密集型 Habor-Bosch 制氨工艺的潜在替代方案被广泛研究。大多数基于实验室的 eNRR 是将催化剂直接装载在电极表面进行的，催化剂负载量、气体流量和电流密度受到限制，导致生产率较低。

有鉴于此，新加坡国立大学王庆教授和新加坡A*STAR下的高性能计算研究所的Yongwei Zhang教授等人，提出了一种以多金属氧酸盐(POM)为电子和质子载体的氧化还原电解氮还原反应(RM-eNRR)，该反应将Fe-TiO₂催化剂从电极上释放出来，并将还原氮转移到反应器槽中。

本文要点

1）基于闭环电化学-化学循环的RM-eNRR是一种可实现的氮还原方法，打破了传统的eNRR在电解槽上运行时的限制。通过将还原后的POM作为电荷载体，与1%Fe-TiO₂多相催化剂协同作用，氮的还原从电极表面转移到单独的催化剂床上，提高了反应物的可及性。

2）RM-eNRR 工艺在6.7 ppm 的铵浓度下实现了25.1 μg h^-1 或5.0 μg h^-1 cm^-2 的铵产量。在催化剂过量的情况下，连续运行时电解质中积累了61.0 ppm的铵，这是迄今为止检测到的环境 eNRR 的最高浓度。

3）当将多相催化剂转换为纯TiO₂时，肼也可以作为不同的NRR产物生产。

通过实验和计算验证了RM-eNRR的作用机理，以描述 POM 介导的氮分子在催化剂上的电荷转移和氢化过程。RM-eNRR有望提供一种可实现的解决方案，以克服传统的eNRR过程中的局限性。

参考文献：

Xun Wang et al. Redox-mediated Ambient electrolytic Nitrogen Reduction for Hydrazine and Ammonia Generation. Angew., 2021.

DOI: 10.1002/anie.202105536

https://doi.org/10.1002/anie.202105536