氨(NH3)不仅在农业、纺织、塑料、医药等行业发挥着重要作用，而且可作为下一代清洁能源的载体，在现代社会和经济发展中一直居于举足轻重的地位。目前合成氨其主要采用Haber-Bosch工艺，占世界年总能源消耗的1-2%。氨及含氮化合物在人类工业、农业和生活中利用后大多以硝酸盐的形式进入地下水中，造成环境污染，处理含硝酸盐的污水通常存在后处理成本高、操作条件苛刻、工艺流程繁琐等问题。探索高效硝酸盐还原合成氨技术，契合国家“双碳”和“绿色发展”的重大战略需求，对国民经济的可持续发展具有重要意义。依托皇冠hg6668、材料科学与器件研究院、按需零碳供能研究中心，郭春显教授带领能源催化课题组深入开展电催化硝酸盐还原合成氨的研究。

2021年来该团队在电催化硝酸盐还原合成氨方向取得连续性重要进展，主要成果包括：铜电催化硝酸盐制氨机理进行理论研究（ACS Catal. 2021, 11, 14417，中科院一区，IF=13.084）；活性中心丰富的层状双氢氧化物用于高选择性硝酸盐制氨（Chem. Eng. J.，2022，434，134641，中科院一区，IF= 13.273）；基底对铜电极电催化硝酸盐还原产氨性能的影响（J. Power Sources, 2021, 511, 230463，中科院一区，IF= 9.127）；基于铜电子结构优化得到的铜铁纳米枝晶状催化剂用于高效硝酸盐还原产氨（ChemSusChem, 2021, 14，1825，中科院一区，IF= 8.928）；界面工程铈掺杂铜纳米晶高效电化学硝酸盐合成氨（Electrochim. Acta, 2022, DOI：10.1016/j.electacta.2022.140095，中科院一区，IF= 6.901）；利用银纳米晶高法拉第效率地实现电化学硝酸根选择性还原合成氨（Electrochem. Commun., 2021, 131, 107121，中科院二区，IF= 4.724）；铜基材料电催化硝酸盐还原研究进展（Chin. Sci. Bull., 2021, 66，中文核心期刊）；调控过渡金属基纳米材料用于高效电催化性能（Mater. Rep. Energy, 2021, 1, 100006）等。

2021年11月，国际著名期刊ACS Catalysis刊登了课题组“Theoretical Insights into Superior Nitrate Reduction to Ammonia Performance of Copper Catalysts”的工作，该工作针对铜其固有的晶面催化活性和pH值影响尚不清楚的科学问题，利用密度泛函理论计算，在不同 pH 值下，在低指数晶体表面Cu(111)、Cu(100) 和 Cu(110) 上评估硝酸盐还原为氨的途径，总结了铜表面的活性差异归因于局部配位环境和表面原子的电子状态。胡涛博士为第一作者，郭春显教授为通讯作者，该成果发表后，被系列媒体包括科研公众号“顶刊动态”等报道。

Theoretical Insights into Superior Nitrate Reduction to Ammonia Performance of Copper Catalysts

2022年1月，电化学知名期刊Chemical Engineering Journal发表了该团队的最新研究工作，相关成果题目为“Active sites-rich layered double hydroxide for nitrate-to-ammonia production with high selectivity and stability”，本工作首次证明CoFe LDH是一种新型的NO3-电催化还原催化剂，具有优异的活性和长效耐用性，为制备NO3-电催化还原非贵金属基催化剂提供设计思路，从而使未来获得先进廉价NO3-电催化还原催化剂成为可能。郭春显教授和李长明院士为通讯作者，杜沣博士为第一作者，成果被系列媒体包括“科学材料站”等报道。

Active sites-rich layered double hydroxide for nitrate-to-ammonia production with high selectivity and stability

综上，课题组聚焦电化学硝酸盐还原合成氨的研究，近来取得连续性进展，为高效催化剂的设计提供了丰富数据支持和充实的理论依据。在应用推广方面，课题组申请国家发明专利2项（磷、氧共掺杂的铜基催化剂及其制备方法和应用、一种高硝态氮废水电化学还原装置及方法），授权发明专利1项（导电聚合物插层的金属氧化物混合凝胶的制备方法及其应用），并和苏州相关企业合作，推广成果的转化，推动了含硝酸盐污水处理以及资源化合成氨领域的发展。

以上工作的开展获得了国家重点研发计划（2021YFA0910400）、国家自然科学基金面上项目（NO.21972102）、国家自然科学青年基金项目（NO.22101197）、江苏省青年基金项目（NO.BK20200991)、苏州市科技计划项目(NO.SS202016)等支持。