氨作为全球年产量最高的商用化学品之一，被广泛的应用在军事、化工、农业等领域。此外，氨还可以作为一种不含碳元素的氢能载体，相对于氢气而言具有更易液化（氨气液化：常压、239.9 K；氢气液化：10-15 MPa、50-70 K）、存储运输更为便利、安全性更高等优势。因此将氨作为一种新型能源进行推广对于实现“碳达峰、碳中和”的战略目标具有重要的意义，在未来的能源领域中氨具有很大的开发价值和应用前景。因此，发展高效的合成氨技术是十分必要的。在众多常温常压下合成氨的技术中，电催化酸盐合成氨（NO3RR）具有反应条件温和、电位可控、催化效率高、绿色环保以及受环境因素干扰小等优点，因此有望成为最有前途的替代Haber-Bosch工艺的方案。然而，NO3RR是一个复杂的8电子过程，过程中涉及到一系列的脱氧和加氢反应，从而降低了整体反应的动力学速率。为了提升NO3RR整体的反应速率，团队基于定向进化策略和反应路径的调控策略设计和开发了AgNi新型催化剂用于调控电催化硝酸盐合成氨的反应路径，实现低电位下高效合成氨。

传统非贵金属催化剂（例如Cu）电催化硝酸盐合成氨（NO3RR）的催化机理通常是基于电子还原路径。即电子作为还原剂将NO3‾经过NO2‾、NO、NOH、NHOH、NH2OH等中间体还原为NH3。然而，这些催化剂在低电位下对氨合成的选择性较差，这主要是由于在低电位下中间体NO更易转化为N2而非NH3。除了电子还原路径以外，NO3‾还可经氢辅助还原路径转化为NH3。所谓的氢辅助还原路径是指以吸附在催化剂表面的氢原子（Hads）为还原剂，将NO3‾经过NO2‾、NO、N、NH、NH2等中间体还原为NH3。在氢辅助还原路径中N-H键的形成比N-N键的形成在动力学上更有利，因此，相对于电子还原路径，氢辅助路径更有利于NH3的合成。此外，由于在低电位下便可在催化剂表面生成Hads，因此氢辅助路径还具有节能的优势。有鉴于此，我们制备了具有原子级Ag/Ni界面的A-Ag@Ni/Ni(OH)2纳米线用于电催化NO3RR。研究表明，催化剂中的Ag位点作用主要是吸附NO3‾并将其转化为NO2‾。而Ni/Ni(OH)2则作为产生Hads的活性中心，进一步促进NO2‾通过氢辅助的还原路径快速的转化为NH3。基于对反应路径的调控，我们实现了在超低电位下（−0.05 V vs. RHE）NH3产率、法拉第效率和NH3的选择性分别达高达2507.6 µg·h-1·cm-1、92.6%和95.13%。

A-Ag@Ni/Ni(OH)2催化剂实现氢辅助还原路径的原理示意图

相关研究成果以《Refining the Active Phases of Silver/Nickle-based Catalysts Achieves a Highly-Selective Reduction of Nitrate to Ammonium at Low Overpotential》为题发表在《Applied Catalysis B-Environmental》（IF:22.1）上。40001百老汇官网2021级研究生江颍洋和2022级研究生孔德清为第一作者，我院杨植教授、聂华贵教授、葛勇杰副研究员和贯佳副教授为共同通讯作者。