高效光電催化氨氧化反應對于太陽能制氫和氨氮廢水整治等領域具有重要意義。目前光電催化氨氧化反應主要集中于自由基介導的間接氨氧化策略，往往需要過量的氧化還原媒介（例如過硫酸鹽），導致低的電流效率。因此，如何實現高效光電催化直接氨氧化反應仍十分具有挑戰性。
在國家自然科學基金委、科技部和中國科學院的支持下，化學研究所光化學院重點實驗室趙進才課題組章宇超團隊通過實驗和理論研究提出了一種簡單有效的氨分子活化策略。研究發現在氨溶液中引入痕量銅離子可以顯著加速氨分子的N─H鍵解離，同時抑制了水氧化反應和光電極的光腐蝕現象，實現了高效的光電催化直接氨氧化反應，為未來利用太陽能和基于氨能實現清潔能源提供了一種新的途徑。
在前期研究中，他們著力探索光陽極表面上水氧化反應機理，包括表面反應物種、O─H鍵斷裂、O─O鍵形成等（J. Am. Chem. Soc. 2016, 138, 2705； J. Am. Chem. Soc. 2018, 140, 3264； J. Am. Chem. Soc. 2023, 145, 23849-23858），并將這些機理擴展到氧原子轉移反應和氨氮污染物降解，實現了一系列有機和無機化合物的高選擇性氧化（Nat. Catal. 2021, 4, 684-691； Angew. Chem. Int. Ed. 2022, 61, e202214580）。最近，他們發現在氨溶液中引入痕量（0~10 ppm）銅離子，可以將BiVO4光陽極上氨氧化反應的光電流密度從3.4提升到6.3 mA cm-2@1.23 VRHE，這個數值接近于BiVO4的理論光電流極限；同時抑制了水氧化反應和光腐蝕現象，實現了高達93.8%的氨氧化電流效率。本研究為實現高活性、高選擇性、高穩定性的（光）電催化氨分解提供了新的見解。研究成果發表于Angew. Chem. Int. Ed.
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