氨（NH₃）在现代社会中起着极其重要的作用，它是制造氮肥、含氮药物、高分子材料、染料等的关键原料。工业合成氨主要依赖于具有百年历史的Haber-Bosch工艺，该工艺需要高温、高压条件（温度400-500 °C，压力150-300 atm），导致了严重的能源消耗和碳排放。绿电驱动的硝酸盐还原反应（NO₃RR）被认为是传统Haber-Bosch工艺大规模合成氨的有力补充。这主要得益于硝酸盐离子的高溶解度和低的N=O键能（204 kJ mol⁻¹），使得电催化NO₃RR的氨生成动力学相较于氮气还原反应（NRR）提高了3-4个数量级。尽管如此，目前电催化NO₃⁻到NH₃的转化仍然受到低的NH₃产率和法拉第效率（FE）的限制。

最近，杭州师范大学叶伟副教授，山东大学熊胜林教授团队受自然界的水流过程总是自发地经历最低能量路径的启发，发展了一种基于连续中间体溢流策略来显著提高NO₃RR还原的活性和法拉第效率。构建了一种双单原子合金催化剂用于NO₃RR，最后将其用于锌-硝酸盐电池。

研究人员合成了在钯金属烯晶格中锚定的原子级分散的Mo和Fe位点，研究结果表明，Mo位点促进了NO₃⁻到NO₂⁻的转化，Fe位点促进了NO₂⁻到NH₃的转化，实现了串联的NO₃RR。结合原位谱学表征和理论计算发现，N-中间体在Mo和Fe位点之间来回跃迁了三次，相较于固定的Mo位点和Fe位点，所有基元步骤的能垒都显著下降。此外，Mo和Fe的引入优化了催化剂的界面水结构，促进了水裂解提供活性氢原子（*H），抑制了*H与*H的耦合产生氢气。最终，该双单原子合金金属烯催化剂展现出13.4 mol g_cat.^–1 h^–1氨生成活性以及94.6%的法拉第效率，在流动池中可以稳定循环300小时，最终从电解液中分离得到了9.36 g的NH₄Cl粉末。

Continuous Intermediates Spillover Boosts Electrochemical Nitrate Conversion to Ammonia over Dual Single-Atom Alloy

Dr. Wei Ye, Yuanhui Yao, Dr. Xiaofei Wei, Dr. Mengqiu Xu, Shuang Zhao, Dr. Wei Wang, Dr. Gan Jia, Prof. Fangna Dai, Prof. Peng Gao, Prof. Xiaoqing Lu, Dr. Xiaogang Li, Prof. Baojuan Xi, Dr. Nana Wang, Prof. Shenglin Xiong

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202509303