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氨氣 (NH₃) 是一種常見的空氣污染物，其主要來源包括化工合成工業（如氨氣合成、硝酸生產、氨燃料電池）、交通運輸業的脫硝尾氣排放，以及一些室內裝修材料等。隨著氨作為能源載體的應用，未來NH₃排放量可能進一步增加，氨氣選擇性催化氧化(NH₃-SCO)技術是將NH₃轉化為N₂，是控制排放的關鍵方法，其目標是在低溫下實現高轉化率，同時在高溫下保持高選擇性。為了推進NH₃-SCO 技術的發展，構建高效催化劑是核心工作之一。實現高活性、高N₂選擇性和高穩定性的催化劑設計，首先需要深入研究NH₃氧化的反應機理。

針對以上問題，中國科學院上海高等研究院（以下簡稱“上海高研院”）聯合英國倫敦大學學院（UCL）、洛桑聯邦理工學院（EPFL）和劍橋大學，通過一系列先進的原位和準原位X射線光譜技術（HERFD-XANES,VtC-XES,operando XAFS,NAP-NEXAFS）在NH₃-SCO領域有新的認識。研究成果以“Lowering the Cu-O bond energy in CuO nanocatalysts enhances the efficiency of NH₃ oxidation”為題發表在Nature Communications上。?

研究通過使用不同的還原劑（NaBH₄和H₂）制備了兩種具有相同化學組成但電子結構迥異的雙金屬催化劑（Co_BCu/Al₂O₃和Co_HCu/Al₂O₃）。綜合運用HERFD-XANES、VtC-XES、operando XAFS、in-situ NAP-NEXAFS等多種先進的X射線光譜技術，并結合其他表征手段，詳細研究了它們的電子結構及其在氨選擇性催化氧化（NH₃-SCO）反應中的性能。本研究清晰地揭示了從原子級結構（Cu-O鍵長）到電子結構（鍵強/躍遷能），再到材料性質（氧化還原能力），最終影響催化性能（反應活性與選擇性）的完整構效關系鏈。這項工作不僅開發了一種高效的非貴金屬催化劑，更重要的是為理性設計高性能催化劑提供了堅實的科學基礎：通過精準調控局部配位環境來優化電子結構，從而定向增強所需性能。

圖1 HRTEM和小波變換揭示鍵長差異

圖2 HERFD-XANES和VtC-XES揭示Cu-O鍵成鍵和反鍵軌道差異

該工作的第一作者為上海高研院陳露研究員（低碳轉化科學與工程中心碳排放核算與碳捕集利用封存團隊），通訊作者為陳露研究員，Paul Dyson教授，Feng Ryan Wang教授。

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https://www.nature.com/articles/s41467-025-64415-w