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研究概述

通过电化学方法将工业废水和受污染的地下水中丰富的硝酸盐离子转化为高附加值的氨，是人类社会可持续发展的重要途径。然而，开发高效且稳定的催化剂仍然是巨大的挑战。

2025年5月20日，复旦大学赵东元、李峰、韩国蔚山国家科学技术研究所（UNIST）Jong-Beom Baek在国际知名期刊Advanced Materials发表题为《Synthesis of Ultrathin Mesoporous CuxRu Nanomeshes for Efficient Kilowatt-Level Nitrate Reduction to Ammonia》的研究论文。

在本文中，作者报道了一种通过理论指导的离子交换法制备超薄介孔CuxRu纳米网的方法，用于将硝酸盐高效还原为氨。

所制备的CuxRu纳米介质由锚定在超薄介孔Ru纳米介质上的Cu原子组成，厚度约为2-3 nm，孔径分布在2-10 nm之间。

测试发现，该催化剂展现出优异的硝酸盐还原性能，包括正起始电位（0.41 V）、高氨法拉第效率（94.5%）以及在0 V时迄今为止最高的氨质量活性（0.7 A mg-1）。

此外，本研究首次在流动电解槽中验证了千瓦级的硝酸盐还原，其最快的硝酸根离子去除速度为12.4 mmol min-1。

原位表征和密度泛函理论（DFT）计算表明，Cu原子可以平衡硝酸盐还原和竞争性析氢反应中的能垒，从而提高催化性能。

图文解读

图1：合成与结构表征

图2：同步辐射光谱表征

图3：硝酸盐还原性能

文献信息

Synthesis of Ultrathin Mesoporous CuxRu Nanomeshes for Efficient Kilowatt-Level Nitrate Reduction to Ammonia. Adv. Mater., 2025. https://doi.org/10.1002/adma.202507892.

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