摘要：近年来，原子分散催化剂由于其高的原子利用率和与传统金属纳米颗粒相比的优异性能而引起人们的关注。目前，已开发出适用于电化学NO3-还原反应(NO3RR)的有效单原子催化剂，但在单一金属中心实现高活性和高选择性方面仍存在挑战。

近年来，原子分散催化剂由于其高的原子利用率和与传统金属纳米颗粒相比的优异性能而引起人们的关注。目前，已开发出适用于电化学NO3-还原反应(NO3RR)的有效单原子催化剂，但在单一金属中心实现高活性和高选择性方面仍存在挑战。

人们已经提出了各种策略，包括表面改性、掺杂和改变配位结构，以提高催化剂的性能。同时，钌(Ru)在NH3生产中表现出显著的活性，特别是在促进中间吸附和NO2-转化方面。进一步研究表明，Cu与其他金属的结合组成的双原子催化剂(DAC)可以调节局部电子结构，从而提高整体催化剂的性能。

此外，DAC利用金属对之间的协同效应来减少复杂反应的能垒。综合以上因素，设计一种原子分散的Cu和Ru双金属催化剂可以潜在地增强中间吸附和降低能垒，从而提高整体催化效率。

近日，北京理工大学陈鹏万、陈文星和高鑫等采用脉冲放电法快速合成了一种氮掺杂石墨烯气凝胶负载的Ru-Cu双原子催化剂(RuCu DAs/NGA)，并研究了电催化NO3RR行为。该方法以微秒为单位向金属盐前驱体中引入大量能量，导致纳米晶体的爆炸分解，形成具有不对称RuN2-CuN3配位结构的原子分散RuCu双中心。

性能测试结果显示，RuCu DAs/NGA催化剂在-0.4 VRHE下的NH3生产速率和法拉第效率分别为3.1 mg h-1 cm-2和95.7%，优于文献报道的大多数NO3RR催化剂。

此外，RuCu DAs/NGA在10个连续循环反应和-0.4 VRHE下连续电解24小时过程中没有发生明显的活性下降，稳定性测试后催化剂的形貌和结构基本保持不变，显示出优异的稳定性。

原位光谱表征和理论计算表明，RuN2-CuN3/C结构中的Ru原子在电催化NO3RR过程中起着重要的作用。在反应的早期阶段，Ru和Cu原子之间的协同作用将*NO3还原为*NO；在反应的后期阶段，Ru原子将*NO还原成*NH3。Ru和Cu原子之间的协同作用可以降低反应能垒，优化中间体的吸附和解吸，从而促进NO3RR过程。

更重要的是，脉冲放电法使各种DAC (例如PtCu、AgCu、PdCu、FeCu、CoCu和NiCu)能够在特定的配位环境下超快合成，为精确制备传统上难以合成的原子分散双原子催化剂提供了通用策略。

Tailoring asymmetric RuCu dual-atom electrocatalyst toward ammonia synthesis from nitrate. Nature Communications, 2025.DOI: 10.1038/s41467-025-57463-9

陈鹏万，博士，北京理工大学机电学院院长，教授、博士生导师。多年从事爆炸力学、冲击动力学、含能材料力学的研究工作，在爆炸加工和爆炸合成材料、含能材料损伤理论及应用、爆炸安全理论与技术、爆破理论与技术等方面有较深入的研究。近年来，共主持国家自然科学基金、国家973课题及国防科研项目10余项。共发表学术论文80余篇，其中SCI收录论文20余篇，EI收录论文60余篇，论文被引用共计150余次，出版学术专著和教材2部。以第一发明人共申请发明专利6项，获授权3项，以第一完成人获软件著作权1项。2006年入选教育部“新世纪优秀人才支持计划”，2007年荣获中国兵工学会第九届青年科技奖，2010年获第24届“北京市青年五四奖章”，以第一完成人获教育部科技进步二等奖1项，以主要完成人获北京市科技进步三等奖1项。

陈文星，北京理工大学副教授，博士生/硕士生导师。2011年本科毕业于北京航空航天大学化学学院；2015年毕业于中国科学技术大学国家同步辐射实验室，师从国际著名同步辐射X-射线谱学专家吴自玉教授；2016年在清华大学化学系进行博士后研究，师从中国杰出化学家李亚栋院士；2018年受聘于北京理工大学材料学院，并建立课题组，担任独立PI。作为课题负责人主持国家自然科学基金面上项目、青年项目，北京市面上基金项目，企业横向项目，北京理工大学人才引进启动项目和优青培育项目等，担任Nat. Comm、Angew、AM、Matter等学术期刊独立审稿人。连续五年(2020-2024)入选科睿唯安全球高被引科学家榜单。2021年入选Elsevier&Stanford公布的“标准化引文指标全科作者数据库”全球10万全科科学家年度影响力名单。担任Nano Research、Nano Research Energy、SmartMat和Rare Metals等期刊编委/青年编委。

来源：MS杨站长