氮（N2）是空气中最常见的元素之一。它对氨（NH3）的生产至关重要，而氨对于日常生活和经济增长都是必需的[1]。氨不仅作为燃料电池中的氢载体而受到关注，还作为一种无碳能源载体[2]，并且在制造肥料[3,4]、药品[5,6]以及许多其他化学产品[7]中起着重要作用。哈伯-博施法（Haber-Bosch method）已被用于工业氨的生产超过一百年，至今仍是生产大量氨的最佳方法[8,9]。然而，这一过程需要大量能源[10]，并且依赖于铁基催化剂、高压、高温以及纯化的氢气和氮气[11]。这些操作要求不仅增加了能源消耗，还导致了大量的二氧化碳排放和其他污染物，使得哈伯-博施法对环境不利[12],[13],[14]。因此，寻找更清洁、更低能耗的氨生产方法已成为研究的重点[15]。
近年来，利用电能在室温下驱动转化的电化学氮还原过程（NRRs）变得非常流行[16,17]。尽管取得了一些进展，但由于氮氮三键（941 kJ/mol）的强键能以及氮的低溶解度和弱质子亲和力[18],[19],[20]，NRR的效率仍然受到限制。为了克服这些固有挑战，人们研究了硝酸根离子（NO3?）作为合成铵离子（NH4+的替代氮源[21]。硝酸根的解离能较低（204 kJ mol?1）[22]，使得这一过程更快发生，并更有可能生成铵离子[23,24]。此外，硝酸根离子中氮的氧化态增加也有助于铵离子的形成。然而，这一途径仍需与涉及氮中间价态分子的氧化还原反应竞争，这可能降低铵离子的选择性[25],[26],[27]。
废水中含有大量的硝酸根[28]，使其成为易于获取的硝酸根离子还原反应（NO3?RR）的理想原料[29],[30],[31]。许多废水中含有酚类和醛类等有机化合物，这些化合物可以作为牺牲剂，加速硝酸根离子的转化并同时分解其他污染物。因此，电化学分解硝酸根离子可以为环境带来积极影响，同时有助于净化水质。然而，该领域存在问题，因为一些竞争性反应（如氢气释放反应HER和硝酸根离子的部分还原为氮气N2）可能会降低铵离子的产率和法拉第效率[32],[33],[34]。
为了解决这些问题，设计出高效且具有选择性的硝酸根离子还原（NO3?RR）电催化剂至关重要。为了生成更多的铵离子并减少副反应，催化剂需要能够精确控制反应的各个阶段及吸附过程的热力学性质。多种催化剂，如金属、金属氧化物、硫化物、磷化物、碳基材料以及金属有机框架，在室温下均表现出良好的反应性[35],[36],[37],[38],[39],[40]。过渡金属磷化物（TMPs）因其较高的固有催化活性和组成元素的天然丰富性而备受关注[41]。许多TMPs的结构与固氮酶（nitrogenases）的活性部分相似，后者是能够固定氮的生物酶[42]。这进一步表明它们在氮转化系统中具有巨大的应用潜力。
钴磷化物（CoP）是一种非常有趣的TMP，因为它具有高导电性、价格低廉且化学性质稳定。CoP在广泛的pH范围内都能良好工作，其成分钴和磷在地球上普遍存在。它的金属导电性能使其易于吸附硝酸根离子（NO3?），并且在使用过程中会形成高价的Co3+物种，从而进一步提高电催化活性[43,44]。尽管CoP在多种氧化还原反应中已被广泛研究，但其在硝酸根离子还原反应中的应用仍然有限[45,46]。CoP在还原过程中会产生大量的自由基?H，这是转化硝酸根离子的重要电子供体[47]。然而，在实际应用中，典型的CoP催化剂通常需要沉积在导电表面上（如镍泡沫、钛网或碳纸）才能发挥最佳性能[40,48]。例如，沉积在碳纸上的CoP曾被用作硝酸根离子还原反应的阴极，但其法拉第效率较低（63.2%），因为自由基?H在参与硝酸根离子还原之前会重新结合成氢气[40]。
近期文献探讨了金属掺杂碳框架（M2P-NPC）中TMPs对催化性能的提升作用。在这种环境中，金属位点的局部电子结构发生变化，使得硝酸根离子更容易与其结合，从而提高了铵离子的生成速率[49,50]。然而，尽管这些改进已经实现，但尚未有人尝试使用钴磷化物-碳复合材料（CoP-PC）在碳纸上还原硝酸根离子为氨。本研究通过热解方法制备了CoP-PC复合材料，并通过一系列表征技术对其结构、化学和形态性质进行了研究。结果表明，这种催化剂与碳纸结合后具有优异的导电性（CoP-PC/CP），法拉第效率达到84.6%，铵离子生成速率为0.5 mmol h-1 mgcat?1。该催化剂连续运行十二个循环后仍表现出良好的性能，显示出其长久的耐用性。总体而言，这项技术是一种可行的低能耗方法，既能将硝酸盐转化为氨，又能解决重大的环境问题。
