電催化硝酸鹽還原為氨作為一種能夠有效處理廢水和生產綠色氨氣方法受到越來越多的關注。然而，由于在硝酸鹽中N-O的鍵能高達204 KJ mol^?1，導致電催化硝酸鹽還原需要高的能耗。此外，由于電催化硝酸鹽還原反應過程中會發生競爭性析氫反應(HER)和其他一些副反應，電催化硝酸鹽還原為氨的選擇性較低，這嚴重阻礙了其進一步發展和工業應用。因此，迫切需要設計并開發具有高選擇性和穩定性的高效電催化劑。

近日，電子科技大學李廷帥課題組制備出一種具有缺陷的Fe₂TiO₅(FTO)電催化劑，其可以將硝酸鹽和亞硝酸鹽還原為氨。

FTO是一種窄帶隙2.2 eV的半導體，其導帶最小位置、電子和原子結構與TiO₂非常相似，能具有快速電流響應和電子空穴有效分離的特征。電催化硝酸鹽還原為氨性能測試結果顯示，最優的FTO-E在?1.0 V_RHE下的氨產率為0.73 mmol h^?1 mg^?1_cat，電催化硝酸鹽還原為氨的法拉第效率(FE)為87.6%。

此外，副產物NO^2?、H₂和N₂H₄顯示出極低的法拉第效率，表明FTO-E對硝酸鹽還原為氨具有很強的選擇性。在經過50 h和100 h的測試后，FTO-E上電流略有下降，極化電阻增大，這主要是由于還原過程中NH₄⁺濃度的增加。

實驗結果和密度泛函理論(DFT)計算表明，當V_O存在時，FTO自旋向上的DOS帶隙明顯減小，這提高了催化劑的電導率；不飽和d軌道改善了金屬原子的吸附，促進了活性位點與中間體之間的電子相互作用。*NO→*N是整個硝酸鹽還原過程中的速率決定步驟(PDS)，其在FTO和FTO-V_O上的能壘分別為0.35 eV和0.68 eV，表明V_O的存在顯著提高了FTO-E的催化性能。

此外，Fe和O的結合形成了一些反鍵態，降低費米能級，促進電荷轉移；同時隨著V_O的產生，催化劑d帶中心提高，這進一步促進了電催化硝酸鹽還原反應的進行。

Durable Electrocatalytic Reduction of Nitrate to Ammonia over Defective Pseudobrookite Fe₂TiO₅ Nanofibers with Abundant Oxygen Vacancies. Angewandte Chemie International Edition, 2022. DOI: 10.1002/anie.202215782