电化学硝酸盐还原反应（NO3RR）能够有效缓解硝酸盐污染，同时在室温下实现氨的电合成。然而，对于NO3RR而言，在全浓度范围内实现高法拉第效率仍然是一个重大挑战。近来，以公司为第一通讯单位，郭春显教授团队在国际知名期刊Advanced Functional Materials上发表题为《Nanoflower-Like CuPd/CuO Heterostructure for an Energy-Output Electrocatalytic System Coupling Ammonia Electrosynthesis and Zinc-Nitrate Battery》的研究论文，青年教师李静莎博士为论文第一作者，王海燕教授、马汝广教授、郭春显教授为论文共同通讯作者。

在本文中，作者通过水热合成CuO纳米花和随后形成的CuPd合金，成功制备了纳米花状CuPd合金/CuO异质结构（CuPd/CuO@NF）。CuPd/CuO@NF在20-1400 ppm的NO3--N范围内对NO3RR展现出卓越的电化学性能，特别是在20 ppm时，NO3-转化率达到97.8%，氨选择性达到99.3%；在1400 ppm时，法拉第效率为94.2%，氨产率高达1.37 mmol h-1 cm-2。原位傅里叶变换红外光谱和拉曼光谱揭示了CuPd/CuO@NF首先催化NO3-还原为NO2-，随后通过形成*NH、*NH2和*NH2OH中间体，迅速将NO2-还原为NH3。密度泛函理论计算表明，NHO路径在热力学上是有利的。当CuPd/CuO@NF应用于锌-硝酸盐电池时，其展现出最大功率密度为53.7 mW cm-2，NO3-转化率为99.9%，法拉第效率为94.4%。本研究为设计新型NO3RR电催化剂和锌-硝酸盐电池提供了宝贵的见解。

图1：催化剂的合成与形貌表征

图2：光谱表征与结构分析

图3：电催化性能测试

综上，作者成功制备了一种纳米花状的CuPd/CuO异质结构，并将其应用于硝酸盐还原反应和锌-硝酸盐电池中。通过实验和理论计算，揭示了该材料在不同浓度溶液中的优异电化学性能，并探讨了其在能源输出电催化系统中的应用潜力。
该研究不仅为设计新型NO3RR电催化剂提供了宝贵见解，还为开发高性能锌-硝酸盐电池提供了新的思路。有望在处理硝酸盐污染和实现可持续氨合成方面发挥重要作用，同时为开发新型多功能能源存储与转换设备提供了可能。