近日，测试所（中广测）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，构筑了铜诱导电子重构金界面，实现硝酸盐向惰性氮气的高选择性电催化转化。相关研究成果发表于国际顶级化学期刊《Angewandte Chemie International Edition》（译名：《德国应用化学》）。

硝酸盐是水体中常见的含氮污染物，其过量累积会威胁水生态环境和人体健康。电催化硝酸盐还原具有条件温和、过程可调和装置紧凑等优势，但反应通常易生成氨、亚硝酸盐等可溶性含氮产物。对于水体净化而言，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竞争的挑战。

针对这一问题，研究团队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，形成具有金—铜邻近位点、低配位金位点和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。研究发现，在660nm光照下，ER-Au形成显著的富电子工作状态，推动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%，密闭体系对照和氮同位素标记实验进一步证实氮气来源于硝酸盐。原位和准原位表征显示，ER-Au表面富电子金物种比例由暗态下的38.36%提高至光照下的71.77%，说明高氮气选择性源于富电子界面对中间体后续转化路径的调控，而非含氮中间体的简单富集。该研究将硝酸盐还原催化剂的设计重点由促进反应物吸附和活化，推进至调控后期中间体反应分支，揭示了工作态电子富集驱动N—N偶联和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。

该研究获国家自然科学基金项目以及广东省科学院杰出青年人才资助，测试所（中广测）为第一作者及通讯作者单位。

论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.7025212

催化电极的光辅助电催化硝酸根还原性能图