传统的NH₃合成是通过Haber-Bosch工艺完成的，电合成技术为温和条件下的固氮提供了一条可持续的途径。相比于由于N≡N键的高解离能(941 kJ mol^-1)而导致效率较低的氮气(N₂)还原，硝酸盐(NO₃^–)还原在能量上更有利，因为使得N=O键断裂的能量输入要低得多(204 kJ mol^-1)，但它仍然受到与各种中间体的复杂反应途径的阻碍。

基于此，香港理工大学柴扬课题组提出铋(Bi)纳米晶体中的层间应变压缩有助于提高从NO₃^–还原电合成NH₃的活性和选择性。

结构表征和密度泛函理论(DFT)计算揭示了BiOCl衍生的Bi催化剂中的层间应变压缩，增加了Bi 6p带宽以增加氮物质的化学亲和力。

此外，电化学原位光谱表明脱氧-加氢过程包含各种*NO_x和*NH_y中间体。沿着这条路径，研究人员发现压缩应变诱导的催化剂-反应物相互作用增强不仅有利于分子活化以降低能垒以提高活性，而且还有助于通过抑制NO₂^–副产物的产生来提高NH₃的选择性。

研究人员通过卤氧化铋(BiOX，X=Cl或I)前体的电还原合成了具有不同层间距离的Bi催化剂，具有层间应变压缩的BiOCl驱动的Bi催化剂提高了NH₃电合成的活性，其在0.5 M NO₃^–电解质中，在-0.5 V_RHE时的最大NH₃法拉第效率(FE)为90.6%、NH₃产率达到46.5 g h^-1 g_cat^-1以及在-0.8 V_RHE下NH₃部分电流密度高达300 mA cm^-2。这项工作为可持续氨合成和环境反硝化法提供了新的见解，并重申了应变工程在先进催化剂设计中的多功能性。

Governing Interlayer Strain in Bismuth Nanocrystals for Efficient Ammonia Electrosynthesis from Nitrate Reduction. ACS Nano, 2022. DOI: 10.1021/acsnano.2c00101