广东省科学院测试分析研究所（中国广州分析测试中心）光电功能材料与器件研究团队成晖副研究员联合广州大学、安阳工学院等单位，提出光诱导工作态电子富集策略，成功构筑铜诱导电子重构金界面，实现了硝酸盐向惰性氮气的高选择性电催化转化。相关成果近日发表于《德国应用化学》（Angewandte Chemie International Edition）。

催化电极的光辅助电催化硝酸根还原性能图。研究团队供图

硝酸盐是水体中常见的含氮污染物，其过量累积对水生态环境和人体健康构成威胁。电催化硝酸盐还原具有条件温和、过程可控、装置紧凑等优势，但反应过程中通常易生成氨、亚硝酸盐等可溶性含氮产物。就水体净化目标而言，将硝酸盐高选择性转化为环境无害的氮气，仍面临N-N偶联与连续加氢路径之间的竞争挑战。

针对上述问题，研究团队在国家自然科学基金等项目资助下，成功构建了铜诱导电子重构金界面催化剂（ER-Au）。铜原子的引入打破了金层原有的均一配位环境，形成了具备金—铜邻近位点、低配位金位点及局部应变区域的可极化界面，为光照和阴极偏压下的界面电荷重分布提供了结构基础。

该研究发现，在660 nm光照条件下，ER-Au呈现显著的富电子工作态，驱动NO相关中间体由加氢路径转向N-N偶联路径。在pH=1的酸性电解液中，硝酸盐还原为氮气的法拉第效率达到90.84%；密闭体系对照实验及氮同位素标记实验进一步证实，所生成的氮气确实来源于硝酸盐。原位和准原位表征结果显示，ER-Au表面富电子金物种的比例由暗态下的38.36%提升至光照下的71.77%，表明高氮气选择性主要源于富电子界面对中间体后续转化路径的调控，而非简单富集含氮中间体。

该研究将硝酸盐还原催化剂的设计重点从促进反应物吸附与活化，推进至对后期中间体反应分支的调控，揭示了工作态电子富集驱动N-N偶联及氮气选择性生成的机制，为酸性条件下硝酸盐深度净化及终点选择性电催化界面设计提供了新思路。（来源：中国科学报 朱汉斌）

相关论文信息：https://doi.org/10.1002/anie.7025212