综述：光电化学硝酸盐还原技术在太阳能氨合成方面的进展

《Chem Catalysis》：Advances in photoelectrochemical nitrate reduction for solar ammonia synthesis

光电化学硝酸盐还原制氨是可持续氮循环的重要途径，结合太阳能利用和硝酸盐资源。无机电极存在效率低、成本高问题，而聚合物电极因可调带隙、高效电荷分离及规模化潜力成为研究热点，但需突破界面工程、机制研究和产业化瓶颈，推动绿色氨工业发展。

　　

全局视角

光电化学（PEC）方法通过将硝酸盐还原为氨，为可持续的氮循环提供了一条有前景的太阳能驱动途径，这对于实现能源密集型氨工业的脱碳至关重要。传统的哈伯-博施合成法在苛刻条件下进行，导致大量的二氧化碳排放，这凸显了迫切需要利用可再生能源和丰富氮源的更环保替代方案。PEC方法独特地将太阳能收集与硝酸盐污染物的升级转化相结合，在环境修复和化学生产中发挥了双重作用。虽然传统的无机光电电极奠定了基础，但其实际应用往往受到成本、稳定性和效率的限制。在这种情况下，基于聚合物的光电电极具有可调电子结构、改善的电荷分离能力以及可扩展的加工工艺等关键优势，这些对于实际的太阳能氨生产至关重要。本综述系统地总结了PEC硝酸盐还原技术的最新进展，追溯了从传统无机材料到新兴聚合物基系统的演变过程。我们进一步强调了未来的研究重点，包括界面工程、机理研究以及设备规模化。通过将基础科学与实际设计相结合，PEC硝酸盐还原技术有望成为一种高效且可扩展的可持续氨合成技术，从而推动农业和工业系统向更加环保的方向发展。

总结

光电化学（PEC）硝酸盐还原反应（NO₃RR）已成为一种有前景的可持续太阳能氨（NH₃）生产技术。最近在光电电极设计方面的进步显著提高了NO₃^?向NH₃的转化效率，但目前尚缺乏综合分析这些进展的综述文章。本文通过探讨PEC NO₃RR领域的最新进展来填补这一空白，特别比较了无机光电电极和聚合物光电电极，以突出该领域的关键进展。尽管无机光电电极具有较高的载流子迁移率和机械稳定性，但其实际应用受到效率低和生产成本高的限制。聚合物光电电极因其可调的电子能带结构和电荷传输特性而受到广泛关注。这些优势使得聚合物光电电极在量子效率和稳定性方面优于无机电极，更适合用于从NO₃^?生产氨。此外，我们还深入分析了当前面临的挑战和未来发展方向，旨在促进实际光电电极技术的进一步创新。通过对前沿PEC NO₃RR系统的评估，本文为高效太阳能氨生产的光电电极设计提供了战略性的指导。

图形摘要