作者：陈羲
近日，理学院江明航副教授课题组及合作者在国际TOP学术期刊《Journal of Colloid and Interface Science》（中科院一区，IF=9.7）上发表题为“Pulsed electrolysis controls sequential accumulation and conversion of key intermediates over zinc-based metal organic framework for enhanced nitrate electroreduction to ammonia”的研究论文。江明航副教授为该论文通讯作者，南京大学金钟教授和南京理工大学苏剑教授为本文共同通讯作者。西华大学2023级硕士研究生陈羲为第一作者。西华大学为第一通讯单位。
电化学硝酸盐还原反应（NO3RR）合成氨（NH₃）涉及多电子/质子动力学过程。以往研究报道，吸附的硝酸根离子（NO3⁻）会通过两电子转移过程进行脱氧，生成亚硝酸根离子（NO2⁻）。这一步骤在大多数催化剂体系中被广泛认为是决速步。在低过电位下，会导致阴极附近NO2⁻的大量积累。电解液中NO2⁻副产物的大量积累，不仅降低了NO3⁻转化为NH3的效率，也给实际水处理应用带来了挑战。因此，设计和制备高性能电催化剂将NO3RR过程中产生的NO2⁻中间体进一步还原为目标产物NH3，对于推动电化学NO3RR技术的发展至关重要。
在本文中，作者采用溶剂热法合成了具有精确原子结构的导电棒状锌基金属有机框架（Zn-MOF）电极，并通过脉冲电解策略以调控NO₃RR过程中Zn-MOF电极附近NO₂⁻中间体的逐步积累与转化。结果表明，与恒电位电解相比，该策略使氨产率和法拉第效率（FENH₃）均提升一倍。此外，在流动电解池测试中，Zn-MOF催化剂在-1.1 V（vs RHE）下保持超过180 mA·cm⁻²的还原电流密度。在连续循环测试和长时间稳定性测试中，NO₃RR性能均无明显衰减。长时间稳定性测试后，从电解液中成功提取出了固态氯化铵产品，该实验结果为将废水中的硝酸根转化为高价值氨衍生产品提供了一条可行途径。此外，利用原位红外光谱技术，监测了电化学NO₃RR过程中Zn-MOF催化剂表面形成的关键含氮中间体。本研究为后续设计具有精确原子结构的导电金属有机框架（MOFs），以及通过脉冲电还原技术调控关键电催化反应步骤提供了重要的实验参考。
Zn-MOF材料的合成步骤及结构表征
Zn-MOF材料的晶相信息和光谱数据表征
Zn-MOF材料的电化学NO₃RR性能表征
Zn-MOF材料的电化学NO₃RR稳定性测试及原位红外表征
该项研究得到四川省自然科学基金（2023NSFSC1074）和西华大学D2类人才引进项目（Z222051）的资金支持。
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.jcis.2025.139141
通讯作者简介：
江明航，理学博士，副教授，硕士生导师。2022年7月起任教于西华大学理学院，主要从事用于电催化碳/氮能源转化的金属基纳米材料的结构设计及其催化机制研究。近年来，主持四川省自然科学基金青年基金项目1项，企事业委托横向项目1项。已在国际学术期刊发表SCI论文50余篇，总被引2000余次，H因子24。以第一/通讯作者在Chemical Society Reviews（IF=39.0, 1篇）, Chem（IF=19.6, 1篇）, Advanced Functional Materials（IF=19.0, 2篇）, Environmental Science & Technology（IF=11.3, 1篇），ACS Nano（IF=16.0, 1篇）, Nano Letters（IF=9.1, 4篇）和Nano Energy（IF=17.1, 1篇）等国际高水平期刊上发表论文20余篇, 其中，IF＞10论文11篇，自然指数期刊论文8篇，ESI高被引论文4篇，ESI热点论文2篇。担任学术期刊«Frontiers in Chemistry» 和«Frontiers in Materials»的评论编辑和客座编辑, «Carbon Neutralization» 青年编委。
第一作者简介：
陈羲，理学院化学专业2023级硕士研究生，主要从事金属有机框架和金属纳米团簇催化剂的设计、合成及其电催化合成氨方面的研究。目前，以学生一作在Chem（IF=19.6,中科院一区）、Chinese Journal of Catalysis（IF=17.7,中科院一区）、Journal of Energy Chemistry（IF=14.9,中科院一区）和Journal of Colloid and Interface Science（IF=9.7,中科院一区）期刊上发表SCI论文4篇。