氨（NH₃）作为氮肥工业基石及潜力能源载体，其传统Haber-Bosch合成工艺因高能耗、高碳排放在可持续性方面面临严峻挑战。电化学硝酸盐还原合成氨技术凭借其绿色合成路径与氮循环修复双重价值备受关注，但其产业化仍面临多重技术壁垒：首先，受限于竞争性析氢反应（HER）和硝酸根离子浓度敏感性，开发广域浓度适应型高效催化剂成为核心需求；其次，产物氨的分离提取与稳定存储作为关键技术环节长期处于研究盲区；更为严峻的是，传统阳极端耦合的析氧反应（OER）在热力学及动力学上均不利，不仅造成系统能效折损，更衍生无附加值的氧气副产物。破解这一多维挑战亟需构建从催化材料设计到系统工艺创新的全链条解决方案。

近日，中国科学院福建物质结构研究所韩丽丽研究员团队成功合成了一种Ag单原子修饰的Cu₂O纳米线阵列催化剂，该催化剂在硝酸盐还原反应（NO₃−RR）中表现出极高的活性，能够在不同硝酸盐浓度下实现高达90%以上的氨法拉第效率（FE），并在0.5M硝酸盐浓度下达到2.3 A cm^⁻2的工业级电流密度，氨产率高达184.4 mg h^⁻1 cm^⁻2，为目前报道的最佳性能之一。该催化剂在甲醛氧化反应（FOR）中同样表现出优异的性能，能够在0.31 V的低电位下实现300 mA cm^⁻2的电流密度，并几乎100%选择性地生成甲酸盐。基于该催化剂表现出的出色双功能性，该团队提出了一种创新的串联电化学-化学合成策略，通过将阴极NO₃⁻RR和阳极FOR配对在1.6 V电压下进行100小时耦合电解，并经后续化学步骤处理，成功将阴极NH₃产物转化为高价值的纯甲酸铵固体（10.7 g，生产成本粗算约237.4美元/吨），且可同时回收高纯度的K₂SO₄副产品。该合成路线不仅高效、可扩展且具成本效益，还通过简单的化学步骤实现了NH₃的规模化固化存储。这项研究不仅在理论上深化了对NO₃⁻RR和FOR反应机制的理解，还在实际应用中展示了规模化氨生产和固定存储系统的巨大潜力，为开发高效、低成本的绿色氨生产技术提供了新的方向。

氨电合成及增值转化为10g级甲酸铵固体的电化学-化学串联合成路线

相关研究成果以“Unlocking High-Current-Density Nitrate Reduction and Formaldehyde Oxidation Synergy for Scalable Ammonia Production and Fixation”为题发表在Energy & Environmental Science上，并被选为封面文章。福建物构所张林杰副研究员及天津理工大学联培博士生蔡毅猛为论文共同第一作者，福建物构所韩丽丽研究员为论文的通讯作者。研究工作获得国家重点研发计划项目、国家自然科学基金项目和中国科学院上海分院人才计划等项目的支持。

论文链接: https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2025/ee/d4ee04382k/unauth

（韩丽丽课题组供稿）