综述：单原子催化剂载体材料在电催化硝酸盐还原合成氨中的研究进展

这篇综述系统探讨了单原子催化剂（SACs）载体材料对电催化硝酸盐还原反应（NO3RR）合成氨性能的调控机制，重点揭示了载体-配位环境-催化活性三者构效关系，为设计高效NO3RR催化剂提供了理论依据。文章涵盖反应路径（八电子转移）、先进表征技术（如HAADF-STEM）及四类载体材料（碳基/金属化合物/分子筛/有机框架）的协同作用机制，对实现硝酸盐污染治理与绿色氨合成的双重目标具有重要指导意义。

　　

单原子催化剂在NO₃RR中的反应路径

电催化硝酸盐还原（NO₃RR）生成氨涉及复杂的多电子-质子转移过程，标准氧化还原电位为-0.12V（vs. SHE）。反应过程中可能产生NO₂^-、NO、N₂O等中间体，而单原子催化剂（SACs）因其孤立活性位点特性，更倾向于通过八电子路径直接生成NH₃而非N₂，显著提升选择性。

SACs表征技术进展

原子级分散的活性中心需借助球差校正透射电镜（HAADF-STEM）直接观测，X射线吸收精细结构（XAFS）可解析配位环境，原位红外光谱（in-situ FTIR）则能捕获关键中间体如NO₂和NH₂OH的吸附构型。这些技术共同揭示了金属-载体电子转移对反应能垒的调控机制。

载体材料的四维调控策略

1. 碳基载体：氮掺杂石墨烯通过吡啶氮锚定Cu单原子，诱导d带中心上移增强NO₃^-吸附；
2. 金属氧化物：TiO_2-x表面氧空位（OVs）作为电子库，促进Fe-SACs上*NO→*N关键步骤；
3. 分子筛：ZSM-5限域孔道使Co-SACs产生量子尺寸效应，抑制N-N偶联副反应；
4. MOFs：Zr-MOF的羧酸基团与Ni单原子形成轴向配位，优化*NH₃脱附能。

工业应用挑战与展望

当前SACs面临载体稳定性不足（如碳载体腐蚀）、宽浓度硝酸盐适应性差等问题。未来需开发自修复载体、高通量筛选平台，并探索光伏-电催化耦合系统。值得注意的是，Cu-SACs@CNT在模拟工业废水中已实现92%氨法拉第效率，展现出工程化潜力。