電化學硝酸鹽還原反應（NO₃RR）為氨合成提供了一條持續高效的途徑。由于不可避免的析氫反應（HER），特別是在純硝酸鹽溶液中，在安培級電流密度下，長時間保持優異的硝酸鹽還原法拉第效率仍具有挑戰性。

2024年12月30日，上海交通大學李新昊教授在國際知名期刊Nature Communications發表題為《Ampere-level reduction of pure nitrate by electron-deficient Ru with K⁺ ions repelling effect》的研究論文，Shi-Nan Zhang、Peng Gao為論文共同第一作者，李新昊教授為論文通訊作者。

李新昊，上海交通大學化學化工學院教授，國家優青（2017）。2003年和2009年獲得吉林大學學士和博士學位，2009-2012年在德國馬普所膠體界面所從事博士后研究（洪堡學者），2013年作為特別研究員加入上海交通大學，曾在德國馬普協會-上海交通大學國際伙伴小組擔任Group leader。

李新昊教授的研究方向為發展電子界面催化材料（EIC），著手從小分子直接合成的策略從原子、分子水平構筑活性中心及界面結構，以期實現界面電子整流對催化活性中心的效率、選擇性和穩定性的全面提升，拓展電子界面催化材料在有機合成、光催化、電催化等催化重要領域的應用。

在此，作者提出了應用釕（Ru）金屬的缺電子現象，通過界面水和陽離子的電場依賴性協同作用來增強反K⁺離子的排斥作用，從而在安培級電流密度下以高產率和良好保持的法拉第效率極大地促進硝酸鹽還原反應 。

Ru金屬明顯的缺電子效應，增強了對水合K⁺離子的排斥作用，從K⁺離子到催化劑表面的距離可以看出，這可以疏松水層，抑制析氫并加速硝酸鹽轉化。

因此，負載缺電子Ru原子層的優化電極可以在6小時內直接在純硝酸鹽溶液中產生0.26?M氨溶液，提供高產率（74.8?mg mg_cat^–1?h^–1），并在安培級還原下保持良好的法拉第效率超過120?h。

圖1：2D-Ru/NC催化劑的結構表征

圖2：2D-Ru/NC催化劑的電結構

圖3：2D-Ru/NC催化劑的NO₃RR電催化性能

圖4：2D-Ru/NC催化劑上NO₃RR的反應機理

圖5：2D-Ru/NC電極上增強的K⁺離子排斥效應

圖6：2D-Ru/NC電極在安培級NO₃RR中的優越性

綜上，作者研究了一種基于缺電子的釕金屬的電化學硝酸鹽還原反應（NO₃RR）策略，通過增強對K⁺離子的排斥效應來促進硝酸鹽還原為氨，實現了在安培級電流密度下高效率和高法拉第效率的氨合成。

研究成果表明，通過利用缺電子的Ru金屬，可以有效地抑制HER，加速硝酸鹽的轉化，從而在長時間運行中保持高的氨產量和法拉第效率，對于可持續的氨合成和能源存儲具有重要意義。

未來這項技術有望在大規模電催化氨合成和能源存儲領域得到應用，為環保和能源轉換提供了新的解決方案。

Zhang, SN., Gao, P., Liu, QY.?et al.?Ampere-level reduction of pure nitrate by electron-deficient Ru with K⁺?ions repelling effect.?Nat. Commun.,?(2024).