电催化硝酸盐（NO₃-）还原反应（eNITRR）是一种有前景的氨合成方法。然而，由于选择性差，其功效目前受到限制，这很大程度上是由所涉及的多电子过程的固有复杂性造成的。

为了解决这些问题，哈佛大学Feili Lai ，江南大学刘天西教授以起始材料LaFeO_3−δ(LF)为基础，通过B位取代策略设计了富氧空位LaFe_0.9M_0.1O_3−δ(M=Co、Ni和Cu)钙钛矿亚微纤维，用作eNITRR电催化剂。

文章要点

1）具有更强Fe−O杂化、更多氧空位和更多正表面电位的LaFe_0.9Cu_0.1O_3−δ(LF_0.9Cu_0.1)亚微纤维表现出更高的氨产率，为349±15 μg h−1 mg_cat⁻¹。法拉第效率比LF亚微纤维高48±2%。

2）COMSOL Multiphysics模拟表明，LF_0.9Cu_0.1亚微纤维的正电表面可以诱导NO₃^-富集并抑制竞争性析氢反应。此外，研究人员通过结合各种原位表征和密度泛函理论计算，揭示了eNITRR机制，其中第一个质子电子耦合步骤(*NO₃+H⁺+e⁻→*HNO₃)是速率决定步骤，其能垒降低为1.83电子伏特。

该工作突出了阳离子取代对促进钙钛矿eNITRR性能的积极作用，为钙钛矿型电催化氨合成催化剂的研究提供了新的见解。

参考文献

Kaibin Chu, et al, Cation Substitution Strategy for Developing Perovskite Oxide with Rich Oxygen Vacancy-Mediated Charge Redistribution Enables Highly Efficient Nitrate Electroreduction to Ammonia, J. Am. Chem. Soc., 2023

DOI: 10.1021/jacs.3c06402

https://doi.org/10.1021/jacs.3c06402