2024年3月12日，赵伟研究员团队在学术期刊《Small》上发表了题为“Uniting Synergistic Effect of Single-Ni Site and Electric Field of B- Bridged-N for Boosted Electrocatalytic Nitrate Reduction to Ammonia”的研究论文。氨是世界上最重要的化学原料之一。目前，工业规模的氨合成过程需要非均相催化剂在高温和高压下运行。电化学合成氨，利用清洁再生的电力可作为哈伯-博施过程的替代方案。水污染物硝酸盐是电化学合成氨的一个潜在氮源，但硝酸盐还原路径复杂，过程中副产物较多，同时存在竞争析氢反应。赵伟课题组设计了电化学活性载体硼、氮掺杂石墨烯（BNG）基体上的Ni单原子，通过硼跨越的策略调节原子配位结构，提高了硝酸盐的性能，并通过理论计算证明了相比N掺杂石墨烯，BNG载体具有离子特性，有较好的电场效应，可以更好的吸附硝酸盐，有利于硝酸根的还原。
如图在BNG载体上负载Ni单原子作为催化位点，局部极化的B-N键产生电场，促进了硝酸盐在NiSA@BNG催化剂上的吸附，从而提升还原制氨的FE达到95%，产率是无电场效应的催化剂NiSA@NG制备氨的2倍，有显著提高。DFT模拟结果表明，Ni单原子有利于硝酸根还原，加入硼降低了能垒，促进了Ni对硝酸根离子的吸附和反应中间体的稳定。通过微环境调制来提高硝酸盐还原为氨的选择性、活性、稳定性和能量转化效率。
赵伟研究员为论文的通讯作者，Saira Ajmal博士为第一作者，深圳大学高等研究院为唯一通讯单位。此项研究得到了国家自然科学基金项目和深圳市面上项目的资助。
文章链接：https://doi.org/10.1002/smll.202310082
