摘要：在电化学硝酸盐还原（NO3RR）反应中，原子分散的钌-铜双原子催化剂（Ru-Cu DACs）因其独特的不对称配位特性，成为实现可持续氨生产不可或缺的关键材料。然而，如何高效且精准地合成这类催化剂，依然是当前亟待解决的科学难题。2025年3月4日，北京理工大学陈

在电化学硝酸盐还原（NO3RR）反应中，原子分散的钌-铜双原子催化剂（Ru-Cu DACs）因其独特的不对称配位特性，成为实现可持续氨生产不可或缺的关键材料。然而，如何高效且精准地合成这类催化剂，依然是当前亟待解决的科学难题。2025年3月4日，北京理工大学陈鹏万、高鑫、陈文星团队在国际知名期刊Nature Communications上发表题为《Tailoring asymmetric RuCu dual-atom electrocatalyst toward ammonia synthesis from nitrate》的研究论文，刘开源博士为论文第一作者，陈鹏万教授、高鑫副研究员、陈文星副教授为论文共同通讯作者。在本文中，作者提出了一种创新的脉冲放电方法，通过向氮掺杂石墨烯气凝胶（NGA）负载的钌（Ru）和铜（Cu）前驱体中注入微秒级脉冲电流，实现了原子分散的Ru和Cu双原子催化剂的高效合成。这些双原子位点通过金属盐纳米晶体的爆发分解过程，精准锚定在NGA的纳米孔缺陷中，形成了具有独特活性的RuCu DAs/NGA催化剂。测试发现，该催化剂在-0.4 V下实现了95.7%的法拉第效率（FE）和3.1 mg h-1 cm-2的氨产率。原位研究表明，在NO3RR过程中，活性位点动态演化为不对称的RuN2-CuN3。密度泛函理论（DFT）计算表明，不对称的RuN2CuN3/C结构协同优化了中间体的吸附，并降低了关键步骤的能量势垒。此外，脉冲放电还能在特定的配位环境中超快速合成各种DACs（如PtCu、AgCu、PdCu、FeCu、CoCu、NiCu），为精确制备原子分散的双原子催化剂提供了一种通用策略，而这些催化剂在传统合成方法中往往难以实现精准制备。图1：RuCu DAs/NGA的合成与设计示意图图2：RuCu DAs/NGA的结构表征图3：RuCu DAs/NGA的原子结构和化学态分析图4：扩展的MCu DAs/NGA的结构表征

图5：NO3RR性能和原位结果

图6：NO3RR活性理论分析

综上，作者通过脉冲放电策略，合成了一种具有不对称配位结构的原子分散Ru-Cu双原子催化剂，并将其应用于NO3RR合成氨。该方法利用氮掺杂石墨烯气凝胶作为载体，实现了高效的氨合成，并通过原位光谱技术和理论计算揭示了催化剂的动态演变机制。本研究成果不仅为可持续氨生产提供了新的技术路径，还为原子分散催化剂的设计与应用提供了理论基础，有望在工业合成氨和环境修复领域实现广泛应用。

Liu, K., Sun, Z., Peng, X. et al. Tailoring asymmetric RuCu dual-atom electrocatalyst toward ammonia synthesis from nitrate. Nat. Commun., (2025). https://doi.org/10.1038/s41467-025-57463-9.

来源：MS杨站长