利用碳化硼(B₄C)共价修饰碳纳米管(CNTs)作为一种非金属催化剂，在环境条件下进行高效的电化学氮还原反应(NRR)。通过各种表征证实了B₄C和CNTs之间的共价键，并且在0.1 M Na₂SO₄电解液中，该催化剂在-0.6 V vs. RHE的条件下对NRR具有较高的选择性，法拉第效率为78.2%，氨气(NH₃)产率为14.0 μg mg^-1_cat. h^-1，为提高电化学NRR催化剂的选择性提供新的策略和方法。

NH₃是许多工业过程、农业和商品的重要前体。目前，Haber-Bosch (H-B)技术被广泛应用于合成90%以上的NH₃。但是，由于H-B工艺的反应条件苛刻，以及来自化石燃料(主要是天然气)重整的原料H₂，H-B工艺消耗了全球每年约2%的能源供应，并贡献了超过1%的全球温室气体排放。因此，面对资源枯竭和生态环境恶化的问题，迫切需要开发环境友好型和可持续的NH₃合成方法。

电化学NRR被认为是在环境条件下以水和N₂为原料生成NH₃的一种有前景的方法。在电催化NRR合成氨工艺中，H₂O取代 H₂，降低了化石燃料的用量，且原料来源广泛，无毒无害；同时在电能的参与下，氨的合成不需要受到热力学的约束。然而，NRR的过程涉及6个质子耦联的电子传递，而竞争性析氢反应(HER)则因为只需要2个质子和2个电子而在热力学上容易得多，导致NRR选择性较差。为了实现电化学N₂固定，需要高效的催化剂来加速催化NRR过程。

针对以上问题，西安科技大学李远刚教授课题组设计了B₄C /CNTs催化剂，能够通过碳纳米管与B₄C的共价改性，在中性电解液中电化学NRR实现了78.2%的法拉第效率。该方法通过阴极表面的N₂催化还原与电解质离子和电子结合，在不破坏N≡N的情况下通过加氢步骤形成NH₃。B₄C /CNTs催化剂与单独的B₄C和CNTs合成氨性能相比较，产氨速率分别是它们的约5倍和4倍，FE分别是它们的约3倍和4倍。该方法最大优点在于它能够利用电能促使还原反应自发地进行，摆脱了反应条件的严酷制约，反应条件温和，能源消耗小，生产过程安全可靠，为电催化过程中共价修饰的结构提供见解，并可能促进未来通过共价修饰策略增强电催化性能的研究。