电催化还原硝酸盐（NO3RR）生成有价值的氨是哈伯-博施法的一种理想补充途径，也是去除和利用硝酸盐污染物的策略。
然而，由于NO3RR涉及复杂的多电子/质子转移过程，单价金属位点的催化剂难以应对其涉及的多任务处理，导致硝酸盐转化效率和氨选择性不尽人意。
2025年3月5日，南开大学李伟、刘玉萍在国际知名期刊Advanced Functional Materials发表题为《Heterostructure-Derived Heterovalent Fe(OH)2/Fe Pair Sites: Tuning Adsorption of Intermediates and Enhancing Utilization of Atomic *H for Efficient Nitrate Reduction to Ammonia》的研究论文。
在本文中，作者通过电化学重构碳纳米管（CNTs）支持的FeS/Fe2C异质结构，提出了负载在碳纳米管上的异价Fe(OH)2/Fe对位点（Fe(OH)2/Fe@CNTs）。
Fe(OH)2/Fe@CNTs在-0.4 V下展现出高达0.67 mmol h-1 cm-2的NH3产率，FE为95.1%，这主要归因于异价铁对位点的电子结构的调控和协同作用。同时，含氮物种的吸附得到调节，*H的利用度得到提高。此外，Fe(OH)2和Fe的均衡含量产生了“缓冲效应”，从而保持了其活性和稳定性。
理论计算与原位傅立叶变换红外光谱（FTIR）和原位拉曼光谱相结合，揭示了异价Fe(OH)2/Fe对位点上的新型多重反应路径，完全不同于单价Fe或Fe(OH)2上的单一途径。
显然，这项研究为设计具有多价金属位点的高级催化剂提供了一种创新策略。
图1：Fe(OH)2/Fe@CNTs的合成过程及其结构表征
图2：重构催化剂在硝酸盐还原反应（NO3RR）中的性能
图3：前驱体和重构催化剂的电化学表征
Heterostructure-Derived Heterovalent Fe(OH)2/Fe Pair Sites: Tuning Adsorption of Intermediates and Enhancing Utilization of Atomic *H for Efficient Nitrate Reduction to Ammonia, Adv. Funct. Mater. 2025.