近日，我校化工学院朱晓东教授团队与北京大学郭少军教授团队开展深度合作，在国际化学顶级期刊《Angewandte Chemie International Edition》发表题为“Accelerated Tandem Catalysis for Industrial-Level Nitric Oxide Electroreduction to Ammonia”的突破性研究成果。我校张永超副教授、刘龙为论文共同第一作者，朱晓东教授与北京大学郭少军教授为共同通讯作者。bv伟德客户端为第一通讯单位。
该研究成功开发出富氧空位小麦状自支撑Co3O4-x/Cu电催化剂，实现工业级一氧化氮（NO）电还原高效制氨，为绿色氨合成与大气污染物资源化利用提供了原创性技术方案。
氨（NH3）是现代农业、化工与能源体系的核心基础原料，当前工业主流的哈伯-博世工艺需高温高压严苛条件，能耗高且碳排放量大，严重制约“双碳”目标推进。以可再生电力驱动的电催化氮还原（NRR）虽被视为绿色合成氨的理想路径，但因N≡N三键键能极高、析氢副反应（HER）竞争剧烈，氨产率与选择性远未达到工业化要求。近年来，以大气污染物NO为氮源的电还原制氨（NORR）兼具废气治理与高值化利用双重价值，然而现有非贵金属催化剂在工业电流密度下普遍存在传质受限、HER竞争剧烈、结构稳定性不足等关键难题。
针对上述瓶颈，我校朱晓东教授团队联合北京大学郭少军教授团队，通过水热与煅烧法精准构筑出自支撑小麦状富氧空位Co3O4-x/Cu电催化剂，并首次揭示其高效串联催化机制：Co3O4-x位点高效催化水解离产生足量活性H，氧空位大幅降低H反向迁移能垒；高导电性Cu位点特异性吸附活化*NO，精准驱动加氢反应、N-O键断裂与NH3脱附，双位点协同实现催化动力学与选择性的同步突破。
系列性能测试表明，该催化剂在-1.0V（vs. RHE）条件下，实现938.6±11.8 μmol h-1cm-2的创纪录氨产率与94.9±0.4%的法拉第效率；在300 mA cm-2工业级电流密度下，可稳定运行超350小时无明显活性衰减，综合性能优于已报道的所有NORR催化剂。作为概念验证，基于该催化剂的Zn-NO电池实现9.4 mW cm-2的功率密度与752.1±10 μg h-1cm-2的氨产率，刷新该类电池性能纪录，同步实现电能输出与氨合成双重功能。
该研究通过原位谱学表征与密度泛函理论（DFT）计算，从原子层面阐明了氧空位与界面电子调控对串联催化的强化机制，为工业级电催化制氨催化剂的理性设计提供了全新策略，对推动可再生电力驱动的绿色氨合成、NO废气资源化及新型锌-氮氧化物电池的实用化具有重要意义。
该工作得到国家自然科学基金、山东省自然科学基金等项目的持续资助。此次成果是我校在绿色电催化、能源转化与低碳化工领域的又一标志性突破，充分彰显了化工学科在高端催化材料设计与应用基础研究方面的核心竞争力。未来，团队将紧扣国家“双碳”战略需求，持续深耕小分子电催化转化与新型储能器件技术，为绿色化工与新能源产业高质量发展贡献青科大力量
