余兵/王定胜/庄泽超Angew：双组分催化，氨生成的新突破

主要观点总结

本文报道了一种高效的硝酸盐电化学还原生成氨的催化剂——由Ru纳米颗粒(NPs)和单原子位点(SAs)组成的双组分M-S-C催化剂。该催化剂在结构上与合成氮酶高度相似，显示出了模仿其催化活性的潜力。文章通过实验和理论研究揭示了催化剂的串联催化机制，其中HONO作为中间体迁移，N(V)优先在孤立的Ru单原子位点上还原，随后HONO迁移到Ru纳米颗粒表面生成氨。此外，文章还进行了经济性分析和长时间稳定性测试，验证了该催化剂在工业应用中的潜力。该研究发现有助于更好地理解M-S-C催化剂的设计原理，为其在各种催化过程中的合理开发和应用铺平了道路。

关键观点总结

关键观点1: 研究背景

单原子催化剂在异质催化领域成为新兴热点，金属-硫-碳（M-S-C）材料因其结构与天然酶相似，展现出特别的催化活性，特别是氧还原反应。

关键观点2: 研究内容

研究者设计了一种双组分M-S-C催化剂，包括硫碳支持的单原子钌(Ru SAs)、钌纳米粒子(Ru NPs)及其共存形式。实验表明，只有在Ru SAs和Ru NPs共存时催化剂性能最佳。

关键观点3: 协同作用机理

实验和理论研究揭示，Ru SAs与硫的配位促进了HONO中间体的形成及其在邻近Ru NPs的还原反应，使得氨合成反应路径更具能量优势，类似于双组分氮酶和硝酸盐同化酶的协同作用。

关键观点4: 研究成果

通过图文解析揭示了钼氮酶、硝酸盐同化酶和M–S–C催化剂的示意结构以及催化剂的结构和氧化态。全面展示了催化剂在硝酸盐还原反应中的优异表现，包括高氨生成速率、出色的法拉第效率和长时间的稳定性与耐久性。

关键观点5: 研究影响

该研究通过经济性分析和长时间稳定性测试验证了催化剂在工业应用中的潜力。此外，该研究为更好地理解M-S-C催化剂的设计原理及其在各类催化过程中的应用奠定了基础。