电化学硝酸盐还原反应(NO3−RR)由于能够处理废水中的NO3−和合成NH3，近年来受到人们的广泛关注。此外，由于NO3−在催化剂表面的强吸附和低活化能，NO3−RR表现出比氮还原和传统的Haber-Bosch工艺更高的NH3产率和更低的能耗。

因此，NO3−RR对环境保护、绿色NH3生产和能源利用具有重要意义。 与中性/碱性条件相比，在强酸性条件下直接还原NO3−具有独特的优势。例如，可以避免NH3在中性/碱性电解质中的释放，并且可以直接获得易于被植物吸收的铵肥(即NH4NO3和(NH4)2SO4)。同时，随着反应的酸性增强，NO3−的连续加氢反应可以提供丰富的质子，从而提高NO3−的转化率。然而，目前很少有人对酸性NO3−RR进行研究。

近日，香港城市大学支春义、中国科学院深圳先进技术研究院彭超和深圳大学郭瑛等将TiO2纳米片与Fe酞菁杂化(FePc/TiO2)，用于在酸性条件下高效节能催化NO3−RR。

原位傅里叶变换光谱学(FTIR)和理论计算结果显示，与Ti相比，NO3−优选吸附在Fe位点上，意味着Fe更可能是NO3−RR的活性位点；并且，与纯的FePc和TiO2相比，FePc/TiO2上NO3−RR的速率控制步骤(*NO→*NOH)的能垒较低，表现出更高的催化活性。值得注意的是，FePc/TiO2催化剂对HER显示出显著的惰性，这进一步提高了NO3−转化为NH3的选择性。

因此，所制备的FePc/TiO2催化剂在酸性(pH=1)条件下的NH3产率为17.4 mg h−1 cm−2，NH3的法拉第效率(FE)高达90.6%。同时，以FePc/TiO2为正极的碱酸混合锌-硝酸盐电池(AAHZNB)具有高达1.99 V的开路电压和91.4 mW cm−2的功率密度，可用于高效回收环境中的硫。

此外，研究人员还设计了FePc/TiO2作为阴极N2H4-NO3−燃料电池，其在1 mA cm−2处的放电电压为0.75 V，峰值功率密度为11.5 mW cm−2；在不同电压下放电时，NH3 FE保持在80%左右。综上，该项研究不仅展示了酸性NO3−RR在NH3电合成方面的优越性，并且证明了NO3−基燃料电池具有很强的实用性。

Electrochemical nitrate reduction in acid enables high-efficiency ammonia synthesis and high-voltage pollutes-based fuel cells. Nature Communications, 2023. DOI: 10.1038/s41467-023-43897-6