Spin-Selective Anti-Perovskite Enables Breakthrough Nitrate-to-Ammonia Electrocatalysis
Chun-Kuo Peng, Hsiang-Chun Yu, Shih-Ching Huang, Yu-Ru Lin, Suh-Ciuan Lim,
Jiayi Tang, Daqin Guan, Xiaomin Xu, Yijun Zhong, Yu-Chang Lin, Zongping Shao,
and Yan-Gu Lin
Adv. Mater. 2026, 38, 16, e23066
國家同步輻射研究中心 科學研究組 林彥谷副組長
面對含氮污染治理與綠色氨製備的雙重需求，電化學硝酸鹽還原反應近年已成為化學、能源與環境領域備受關注的重要研究方向。近期，本研究團隊開發出一種新型反鈣鈦礦結構催化材料CuNCo3，可顯著提升硝酸鹽電還原為氨的生成效率與選擇性，展現優異的催化表現。此材料的關鍵，在於其特殊的鈷與銅的3d電子彼此強交互作用。此一結構特徵可在反應過程中穩定形成具自旋選擇性的鈷活性位點，進而促進關鍵中間步驟的氫化反應，並加速氨的生成。實驗結果顯示，CuNCo3在較低操作電位下可達到極高的氨生成速率，並實現100% 法拉第效率，顯示其在綠色氨合成及含氮污染物高值化應用方面具有相當突出的發展潛力。
更具學術意義的是，本研究進一步結合X光吸收光譜(XAS)、X光放射光譜(XES)與衰減全反射傅立葉轉換紅外光譜(ATR-FTIR)等多種同步輻射原位臨場光譜技術，直接追蹤催化劑於反應過程中的電子結構、局部鍵結變化及中間體演化行為，並證實鈷活性位點的自旋態轉變與高效催化表現之間具有密切關聯。此項成果不僅深化了學界對硝酸鹽還原反應機制的理解，也為未來高效、穩定且以非貴金屬為基礎之電催化材料設計，提供了新的研究策略與重要科學依據，對永續化學、能源轉換及環境治理等研究方向皆具有重要意義。