尽管已经开发了用于通过NO3RR生产NH3的各种电催化剂，但是NO3RR的实际应用仍面临以下挑战：一方面，高过电位会导致能量损失过大，增强竞争性析氢反应(HER)；另一方面，中性条件下缓慢的质子供应导致反应效率降低。因此，目前迫切需要开发高效的中性NH3电合成电催化剂。碳基双金属催化剂在中性高效氨电合成方面显示出巨大的实用潜力。然而，碳基锚定金属催化剂分散性差，并且在中性介质下NO3−电还原为NO2−的速率控制步骤缓慢。因此，合理构建碳基双金属电催化剂来克服这些问题仍然具有挑战性。
近日，贵州大学袁继理和中国科学院力学研究所胡世威等通过局域腐蚀策略在多孔氮掺杂碳上制备RuxMoy纳米合金，通过控制催化剂中Ru/Mo的比例可以实现有效的中性NH3电合成。实验结果表明，最优的Ru5Mo5-NC催化剂在−0.4 VRHE下的NH3法拉第效率高达98.3%，产率为1.3 mg h−1 mgcat−1；并且，在−0.25到−0.45 VRHE范围内的NH3法拉第效率均超过92.8%。此外，在NO3RR的连续循环实验过程中，Ru5Mo5-NC上NH3的法拉第效率和生产速率几乎不变，且反应后催化剂的形貌和多孔结构保持良好，显示出优异的反应稳定性。原位光谱表征和理论计算表明，Ru5Mo5-NC催化剂中Mo和Ru之间存在合理的协同作用，这促进了Ru位点上H*的形成并抑制H*进一步加氢生成H2，为反应提供了充足的H*供应；同时，协同Ru-Mo位点上的速率限制步骤由*NO3转化为*HNO3变为*NO2转化为*HNO2，并且该位点上从*NO到NH3呈现出自发过程，这显著降低了反应的能垒，进而促进NH3的选择性生成。总的来说，该项工作通过开发协同位点实现了中性条件下NH3的高效电合成，为开发高效多组分多相催化剂提供了新的策略。Regulating RuxMoy nanoalloys anchored on porous nitrogen-doped carbon via domain-confined etching strategy for neutral efficient ammonia electrosynthesis. Nano Letters, 2024. DOI: 10.1021/acs.nanolett.4c03319
