近日，校定TOP期刊Nano Letters在线发表了我院周海青教授团队的学术论文“Unlocking ampere-level nitrate electroreduction to ammonia via the built-in electric field in monometallic catalysts”。近年来，氢能量子催化团队致力于过渡金属催化材料异质结构的表界面调控，在电解水制氢以及电催化与电合成领域取得了系列创新性研究成果：Nano Lett.2025,25, 9221；Energy Environ.Sci.2025,18, 1320；Adv. Funct. Mater.2025，2419609；Adv. Mater.2024,36, 2405852；Adv. Mater.2024,36, 2305685（ESI高被引）；ACS Nano 2023,17, 1681（ESI高被引）；Adv. Funct. Mater.2023,33, 2209465，授权中国发明专利6项，获批企业横向课题1项。

氨作为化工基础产品，在工农业领域应用广泛。当前工业合成氨主要依赖哈伯法，该法需在高温高压条件下运行，不仅能耗巨大，还会排放大量二氧化碳，加剧全球能源与环境问题。相比之下，利用硝酸根作为氮源，利用可再生能源电力驱动电化学反应合成氨，是一种清洁环保且兼具含硝污水处理效益的氨合成方法。然而，硝酸根还原反应涉及复杂的八电子转移过程，且在高偏压下易受析氢反应竞争反应的影响，导致副产物生成和效率降低。因此，亟需开发高效电催化剂实现低能耗清洁制取高附加值氨。

基于此，周海青教授团队成员通过浸渍-退火和原位电化学重构的策略制备了单金属Co(OH)₂/CoO异质结构催化剂，在单金属氧化物异质界面处形成了强的内建电场。该催化剂在-0.2 V vs. RHE的低电位下实现了近1 A cm^-2的工业级电流密度，同时达到了95.6%的NH₃法拉第效率。理论计算结果表明，由内建电场诱导的CoO与Co(OH)₂之间的非对称电荷分布，显著加速了硝酸根还原反应过程中的电子转移。此外，这种电荷分布还优化了Co活性位点对NO_x^-中间体的吸附能力，并有效降低了决速步骤（^*NO→^*NOH）的吉布斯自由能垒，从而大幅提升硝酸根还原反应动力学，最终实现了低电位下的高效制氨。这项工作为工业规模绿色氨生产的高效电催化剂设计提供了新思路。

我校22级硕士生贺智红为论文的第一作者，周倩副教授、周海青教授为本论文的共同通讯作者，湖南师范大学为论文的第一通讯单位。该工作得到了国家海外高层次人才项目、湖南省首批揭榜挂帅项目、国家自然科学基金面上项目、青年项目、湘江新区创新项目等基金的资助。

论文链接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acs.nanolett.5c00926

论文报道：https://mp.weixin.qq.com/s/x0dzMiOLFV7X5Kw78kEQ-Q

一审：周海青

二审：贺兵香

三审：廖洁桥