一个由日本东北大学、印度理工学院印多尔分校及加拿大达尔豪斯大学研究人员组成的国际团队发现，具有单个暴露铜活性位点的Cu₁₄纳米团簇，在电化学硝酸根还原合成氨的反应中表现出高选择性与高反应速率。该研究为设计更高效的绿色合成氨催化剂提供了新途径，相关论文于2025年12月9日发表在《ACS催化》期刊上。

氨作为一种潜力巨大的清洁能源载体，其传统工业生产方法依赖高温高压，能耗高且排放量大。利用可再生能源驱动的电化学硝酸根还原反应在常温常压下合成氨，被视为一种环境友好的替代路线。该研究的核心在于，通过精确调控配体，成功制备出具有配位不饱和的单个暴露铜活性位点的Cu₁₄纳米团簇催化剂。

研究人员通过选择特定的硫醇盐配体与三苯基膦配体共同保护，实现了对纳米团簇结构的精细控制，使其暴露出关键的活性位点。日本东北大学先进材料多学科研究所的川胁德久解释道：“由于有机配体掩盖了原本有用的活性位点，我们寻求通过以某种方式操纵配体相互作用来揭示它们的方法。” 电化学测试结果表明，这种具有暴露活性位点的催化剂，其合成氨的法拉第效率达到78%，氨生成速率分别是不含暴露位点的对照催化剂及传统铜纳米颗粒催化剂的2.72倍和5.69倍。

该研究不仅证实了金属纳米团簇的整体几何结构对其催化活性的重要影响，更直接揭示了暴露单个活性位点对提升催化性能的关键作用。东北大学先进材料多学科研究所的根岸雄一表示：“这项成果直接表明，暴露单个活性位点就能显著改变催化活性。我们很高兴在金属纳米团簇研究领域取得这一新的里程碑。” 这一发现为未来开发用于绿色能源转化的高选择性、高效率催化剂奠定了理论基础。

更多信息：作者 Shiho Tomihari 等人，标题《Cu 14纳米团簇上活性金属位点的暴露及其在高选择性电催化硝酸盐还原中的应用》，发表于ACS Catalysis (2025)。期刊信息： ACS Catalysis