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近期，深圳大学王丹、于然波团队与合作者在 Journal of the American Chemical Society（影响因子15.7，中科院JCR 1区，TOP期刊）发表题为“Confinement-Induced Enrichment in Hollow Multishelled Structure for High-Efficiency Ammonia Electrosynthesis”的研究论文。该工作围绕电化学硝酸根还原制氨这一重要方向，提出以中空多壳层结构组织反应物富集、传输与转化的新思路，为常温常压条件下高效合成氨提供了新的结构设计范式。

电化学硝酸根还原反应兼具“污染物治理”与“资源化产氨”双重价值，但其发展长期受制于两个关键瓶颈：一是实际反应体系中硝酸根浓度偏低、界面传质受限，二是反应过程涉及复杂的多电子、多质子耦合转化，选择性控制和真实活性位识别均较为困难。针对这一问题，研究团队构筑了三壳层 CuO 中空多壳层结构催化剂（3s-CuO-HoMS），使其在同一微纳颗粒内部同时承担反应物预富集、空间限域和高效催化转化等功能。

研究亮点

结构设计：三壳层 CuO-HoMS 通过层间空腔和连通孔道构建出具有时空组织能力的微纳反应器，可显著提升 NO3- 在催化界面附近的可达性与停留时间，从源头缓解低浓度条件下反应物供应不足的问题。

原位可视化：团队搭建了原位激光共聚焦荧光显微镜（CLSM）电化学平台，首次直接观察到 NO3- 在多壳层结构中的迁移、富集与限域行为，证明 HoMS 不只是“空心载体”，而是能够在电场驱动下主动组织反应物分布的功能结构。

性能与机制：3s-CuO-HoMS 在 −0.4 V 条件下实现 96.4±0.9% 的 NH₃ 法拉第效率和 6316.3±96.1 mmol g_cat⁻¹ h⁻¹ 的产氨速率；同时，原位 XAS、拉曼、FTIR、DEMS 及同位素示踪共同揭示了催化剂在工作状态下形成 Cu-O/Cu-Cu 共存的动态结构，并支持 *NO₃→*NO₂→*NO→*NOH→*N→*NH→*NH₂→*NH₃ 的反应路径。

3s-CuO-HoMS催化剂的结构和物性表征

3s-CuO-HoMS 的硝酸根还原制氨性能

原位谱学揭示动态演变与反应路径

工作意义

该研究将 HoMS 的复杂结构进一步转化为复杂功能：一方面通过空间限域提升反应物富集和局域传输效率，另一方面借助原位表征手段把结构演化、活性位点和中间体路径关联起来。研究结果不仅为高效硝酸根电还原制氨提供了新的催化剂设计策略，也为理解多步电催化反应中“结构—界面—机理”协同关系提供了直接证据。

以上研究得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、深圳大学2035卓越科研计划、深圳市优秀科技创新人才培养等经费的大力支持。