亚硝酸盐不仅对人类健康有害，还是主要的水体污染物。电催化亚硝酸根（NO₂‾）还原不仅有利于降低亚硝酸盐对环境的污染，还可以合成具有较高利用价值的化学品——氨（NH₃）。但是亚硝酸根还原是一个复杂的过程，涉及多个电子和质子的转移，其反应路径为：*NO₂→*NO→*N→*NH→*NH₂→*NH₃，其中N=O化学键键能较大（236 kJ/mol）使得*NO中间体解离困难。复杂的反应过程和中间体较大的解离能导致电催化亚硝酸根还原合成氨的活性低、选择性差，开发高选择性催化亚硝酸盐还原合成氨的催化体系，是目前的挑战。

近日，北京化工大学邝允教授和清华大学段昊泓副教授合作报导了CO₂分子协助促进Cu纳米线（Cu NWs）催化亚硝酸根还原的发现，产物NH₃的法拉第效率接近100%。

在Cu NWs在进行电催化亚硝酸根还原合成NH₃的过程中，引入CO₂之后电流显著变大，NH₃的法拉第效率明显提升，在-0.7 V ~ -1.3 V vs RHE的测试电位范围内NH3的法拉第效率都接近100%，说明CO₂的引入能够明显促进Cu NWs催化亚硝酸根还原合成NH₃。并且在-0.7 V CO₂气氛下Cu NWs催化亚硝酸盐还原在10 h内保持稳定，法拉第效率始终接近100%。

通过原位表征和理论计算揭示了CO₂促进亚硝酸根还原的机理：在亚硝酸根还原过程加入CO₂后，CO₂被还原为*CO，然后吸附的*CO通过降低*NO₂和*NO的脱氧过程反应能垒，加速脱氧反应的进行。同时，被吸附的*CO也会从*NO中间体上捕获O，重新形成CO₂。形成的*N沿着加氢路线形成*NH₂，最终生成NH₃。在整个亚硝酸根还原过程中，CO₂作为“助催化剂”提高了Cu NWs 催化亚硝酸根还原合成NH3的活性和选择性，其催化反应路径如图三所示。

二氧化碳促进氮氧中间体还原的策略还可以拓展到硝酸盐还原以及有机硝基化合物还原。例如，硝酸盐的还原反应历程为 *NO₃ → *NO₂ → *NO → *N → *NH → *NH₂ → *NH₃；对于硝基苯的还原，其反应历程为C₆H₅-*NO₂ → C₆H₅-*NO →C₆H₅-*NHOH → C₆H₅-*NH → C₆H₅-*NH2。这两个反应与亚硝酸根还原过程类似，都是一个逐步脱氧加氢的过程，由于反应复杂，涉及多个电子和质子转移，这类还原反应也存在反应产物选择性低的问题。在这两个电催化还原的过程中引入CO₂，氨和苯胺的选择性也分别有明显提升，其中氨的最高法拉第效率达到98.4%，苯胺的最高法拉第效率达到85%，验证了二氧化碳促进氮氧中间体还原作用的可拓展性。

该工作为电催化硝基化合物的还原提供了新的思路，未来有望通过催化剂的进一步设计，提高多种硝基化合物的电催化转化选择性。