电化学硝酸盐还原反应（NO₃RR）能转化硝酸盐（NO₃^-）为有价值的氨（NH₃），为硝酸盐废水和氨合成提供了一种绿色处理和资源化利用策略。硝酸盐电化学合成氨是一个级联反应，包括水活化为活性氢原子（*H）和硝酸盐/含氮物种吸附加氢两个过程。

然而，这两个过程同时竞争相同的活性位点，尤其在中性条件下，水解离动力学缓慢，硝酸盐吸附较弱，导致电化学合成氨的活性和选择性不理想。基于单原子策略构建双位点电催化剂能有效解决硝酸盐还原过程中的位点竞争矛盾。

近日，华中师范大学黄义研究员、艾智慧教授、上海交通大学张礼知教授团队，将Cu单原子锚定在纳米零价铁（nZVI）的氧化铁壳层，构建了一种Cu₁-Fe双位点电催化剂（Fe@Cu₁FeO_x），用于中性条件下高效电还原硝酸盐合成氨。

nZVI具有高比表面积和强给电子能力，其表面氧化铁壳层存在大量悬空键和缺陷，是锚定单原子位点的独特宿主。Fe@Cu₁FeO_x保持了nZVI特有的核壳结构。高角度环形暗场扫描透射电镜图像证实了Cu单原子均匀分散在Fe@Cu₁FeO_x的氧化壳层，并与相邻的Fe原子形成Cu₁-Fe双位点。

电化学测试结果表明Fe@Cu₁FeO_x具有优异的电化学硝酸盐还原性能与稳定性。DFT理论模拟计算进一步深入揭示了反应机制。与单一Fe位点相比，Cu₁-Fe双位点实现了水活化过程加速与硝酸盐吸附增强，并且这两个步骤能够同步高效进行，大幅度降低了决速步骤（*NO加氢生成*NOH）的反应能垒。

最后，结合Fe@Cu₁FeO_x电化学硝酸盐还原-原位氨回收耦合装置处理实际硝酸盐废水，氮回收率超过92%，实现了硝酸盐实际废水中氮高效去除与回收利用。

本工作提出了制备单原子双位点催化剂促进硝酸盐电化学合成氨的新方案，并为中性硝酸盐废水处理提供了“变废为宝”的绿色策略。