协同催化剂的界面工程是实现硝酸盐制氨转化中多个质子耦合电子转移过程的关键之一。本文通过将超薄镍基金属有机框架（表示为Ni-MOF）纳米片与少层氢取代石墨炔负载的铜单原子和团簇（HsGDY@Cu表示）连接，开发了一种具有双活性界面的Ni-MOFs@HsGDY@Cu串联催化剂，用于协同催化硝酸盐制氨。在这样的系统中，夹层的HsGDY层可以作为桥梁，在0至3.6 nm的有限范围内将配位的不饱和Ni2+位点与Cu单原子/团簇连接起来。从Ni2+到Cu，通过氢溢出过程，不饱和Ni2+位点产生的氢自由基（H·）可以跨HsGDY迁移到Cu位点，参与*HNO3向NH3的转变。从Cu到Ni2+，绕过在Ni2+位点上形成*HNO3的较高反应能，从Cu位点分离的NO2−也可以扩散到不饱和的Ni2+位点形成NH3。综合结果使该杂化物成为一种具有双活性位点的串联催化剂，用于催化硝酸盐到氨的转化，并在较低的过电位下提高法拉第效率.
【研究背景】
过渡金属基催化剂容易通过 3d 波段通过 O 和 N 与 NO3 − 键合，这进一步促进了逐步的电子转移以激活 *NO3 到 NH3。然而，*NO3和*H之间的吸附不匹配使得这些具有单一活性位点的催化剂只能在更高的外加电位下工作，以同时获得足够的*NO3和*H覆盖率。为了克服这个问题，将两个对 *NO3 和 *H 具有不同亲和力的活性位点组合在一个系统中是合理的，这可以优化每个位点的反应路径。最近，许多种类的非均相催化剂被偶联以调节硝酸盐到氨转化的中间吸附，例如 MBenes、金属间化合物、团簇、合金、MOFs、 二原子 和杂原子掺杂催化剂。然而，没有两种金属可以耦合在一个系统中，更不用说在界面工程中了。因此，只有当我们能够找到一种通用的方法，在一个系统中设计两种具有不同配位环境的相邻活性位点，从而优化氨生产的反应途径时，才能充分实现双活性位点的贡献.
图1 催化剂的合成示意图
图2催化剂的形貌结构图
图3 同步辐射和XPS图
图4 性能图
图5机理示意图
【结论】
总之，本文报道了一种相互促进的串联催化剂，以优化硝酸盐到氨转化过程中发生的质子耦合电子转移。在这样的体系中，两种金属位点，超薄Ni-MOF纳米片和Cu单原子/团簇，在0至3.6 nm的有限范围内通过几层HsGDY桥接。在HsGDY的帮助下，H·在 Ni2+ 位点上生成的 Ni2+ 位点可以溢出到 Cu 位点，参与 *HNO3 向 NH3 的演化，而从 Cu 位点分离的 NO2 − 也可以扩散到 Ni2+ 位点，通过与 *H 偶联演化 NH3。因此，这种具有双活性金属位点的镍-MOFs@HsGDY@Cu杂化物相互受益，可以在大大改善的过电位下工作，以催化硝酸盐为氨。报道的以HsGDY为桥接的连接方法为实现一类具有相互促进贡献的串联催化剂提供了一种有效的工具，满足了硝酸盐制氨和其他涉及多个电子和中间体转移的技术的持续要求。
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