氨在农业生产和下一代无碳能源体系中发挥着重要作用。可再生能源驱动的电催化还原硝酸盐（NO₃–）合成氨（NH₃），是实现氨生产脱碳和氮资源循环利用的有效途径。然而，缓慢的反应动力学与竞争性的析氢反应是电化学合成氨面临的主要挑战，研制高性能催化剂和电解器件是提升电化学合成氨性能和推动其实际应用的关键。

近日，包信和院士、汪国雄教授和魏鹏飞副研究员团队在电化学合成氨研究中取得新进展。研究团队通过电化学原位重构策略，构建了高效电化学还原硝酸盐合成氨Cu–PdH_x界面活性位点，实现了膜电极电解器件中1000 h工业级电流密度制氨，并成功开展了合成氨电堆放大示范。

研究团队报道了一种高性能的CuPd催化剂，其在电化学反应条件下，原位演变为具有高本征活性的Cu–PdH_x界面位点。将该催化剂组装到碱性膜电解器中，实现了NH₃的高效合成。在总电流密度5 A cm^–2时，全电池电压为2.56 V, NH₃产率达到19.9 mmol h^–1 cm⁻²。在2 A cm^–2电流密度下稳定运行1000小时, 氨法拉第效率维持在约86.8%。电解器件工况原位谱学表征结合密度泛函理论计算结果表明，双相界面的构建和PdHx相的原位形成共同提升了催化剂的本征活性，Cu–PdH_x界面处氢物种的重新分布有效地调节了界面活性位点的局部电子结构，从而优化了NO₃−吸附和NH₃脱附。进一步研制了5个串联的电极面积为100 cm²的膜电极电解电堆，开展了电化学合成氨放大示范。在电流为500 A时，NH₃生成速率达到8.7 mol h^–1，在100 A电流以1.6 mol h^–1的速率连续产氨100小时。

相关成果以“Copper–palladium hydride interfaces promote electrochemical ammonia synthesis” 为题，发表在《自然∙合成》（Nature Synthesis）上。该工作第一作者是博士研究生付云凡和王硕副研究员。上述工作得到中国科学院战略性先导科技专项、国家自然科学基金等项目的资助。（文/图 付云凡、王硕）

文章链接：https://www.nature.com/articles/s44160-025-00941-1