近日，福州大学材料科学与工程学院、新能源材料与工程研究院万宇驰副教授在电催化硝酸根还原领域取得重要研究进展，相关成果以“Interfacial Water Regulation for Nitrate Electroreduction to Ammonia at Ultralow Overpotentials”为题发表于材料类顶级期刊《Advanced Materials》（影响因子27.4，中科院一区）。

全球氮循环对维持生态平衡具有至关重要的作用。近年来，过量的工业废水和农业污水引起地表水和地下水中NO3-含量过高，严重破坏全球氮循环，危害人类健康。电催化硝酸根还原反应（NO3-RR）可以利用电能同时实现废水脱硝和清洁产氨。更重要的是，电催化NO3-RR的理论能耗（6.5 kWh kg -1）远低于传统的Haber-Bosch合成氨技术（10~13 kWh kg -1）。然而，由于加氢过程动力学缓慢，大多数NO3-RR电催化剂需要克服高过电位，导致能耗增加（>20 kWh kg）。因此，亟需开发高效电催化剂以降低NO3-RR反应过电位，促进低能耗废水脱硝以及清洁合成氨。

基于此，该工作采用了一种金属氢氧化物调控策略以优化界面水结构，从而加速超低过电位下NO3-的加氢转化。所制备的Ru-Ni(OH)2催化剂在+0.1 V vs. RHE下的能源效率达到44.6%，在0 V vs. RHE下的产氨法拉第效率接近100%。原位表征和理论计算结果表明，Ni(OH)2可以调控界面水结构促进H2O解离过程，同时自发的氢溢流过程有利于金属Ru位点上发生NO3-加氢还原为NH3。此外，所组装的Zn-NO3-/乙醇电池系统具有良好的充放电循环稳定性，可以实现脱硝、能源转化以及化学品合成的协同增效。

我院青年教师万宇驰副教授为该论文第一作者。福州大学材料科学与工程学院、新能源材料与工程研究院为第一单位。论文通讯作者为福州大学张久俊院士、刘尧副教授以及清华大学吕瑞涛教授。该论文获得国家自然科学基金青年项目、外国资深学者研究基金团队试点项目、福建省自然科学基金面上项目支持。

论文原文链接：https://doi.org/10.1002/adma.202417696