人类的生产生活对全球氮循环产生干扰，导致了水中硝酸盐的过量积累，对人类健康和自然环境产生严重危害。电催化硝酸盐还原合成氨技术（ENRA）有望实现硝酸盐污染的去除和氨的清洁生产，高效催化剂的开发是推动这一过程的关键。硝酸盐还原合成氨是一个涉及8电子9质子的复杂反应，活性氢对反应速率和产物选择性具有重要影响。过渡金属磷化物被证明可以促进活性氢的产生，但催化剂表面过强的氢吸附会阻碍氮物种的吸附，并可能导致HER副反应的增强。目前，实现氮物种与活性氢的协同吸附仍然是ENRA电催化剂研究面临的挑战性问题。

先通过溶剂热法在泡沫镍上生长了纳米片状的Ni-BDC，再通过对Ni-BDC磷化处理得到碳包覆的磷化镍催化剂。

本研究通过在泡沫镍表面生长Ni-BDC纳米片前驱体，随后在惰性气氛下进行一步磷化热解，构建了纳米片状碳包覆磷化镍复合材料，成功制备了高效的硝酸盐还原合成氨电催化剂（NiPC-1）。在低硝酸盐浓度条件下，最佳NiPC-1催化剂−1.0 V (vs. SCE) 下实现了96.68%的氨法拉第效率，99.04%的氨选择性以及1.83 mg·h^-1·cm^-2的氨产率。电化学结果显示，Ni^δ+的引入显著促进了硝酸盐的加氢过程。通过对催化剂磷化程度的调控调控磷化镍的晶相组成，实现了对碳包覆磷化镍复合催化剂中P和Ni之间的电子转移的优化，促进了硝酸盐和活性氢在活性中心的平衡吸附，进而使得最佳样品NiPC-1在低浓度硝酸盐条件下展现出优异的ENRA活性。本研究为通过调控电子结构优化关键中间体的吸附性质以提高硝酸盐催化活性提供了新的实验依据。

图1 NiPC催化剂合成路径图

图2 NiPC催化剂的形貌表征

图3 NiPC催化剂的结构表征

图4 NiPC催化剂的电化学测试与表征

王爽，教授，博士生导师，气体能源高效清洁利用山西省重点实验室骨干成员。近年来主要从事能源与环境催化领域的研究，先后主持国家自然科学基金3项，其他省部级项目4项，2019年获得山西省优秀青年基金，发表SCI学术论文50余篇，授权国家发明专利5项，入选山西省“三晋英才”青年优秀人才支持计划。

Hu J, Huang H, Yu M, et al. Electron engineering of nickel phosphide for Ni^δ+ in electrochemical nitrate reduction to ammonia. Nano Research, 2024, https://doi.org/10.1007/s12274-024-6470-3.