氨（NH3）是人类社会重要的化工品之一，被广泛用于工业和农业生产。传统的哈伯法合成氨消耗大量化石燃料，难以实现碳中和的目标。近年来，由清洁能源驱动电催化硝酸盐还原（NO₃RR）产氨作为一种新兴技术引起广泛关注。铜基催化剂是NO₃RR的重要催化剂之一，然而其对反应中间体*NO吸附较强，易使催化活性位点失活，从而很大程度上阻碍了硝酸盐到氨的转化。

为此，浙江大学单冰课题组设计了一种负载铜催化剂的聚合物电极（ME）。在电化学硝酸盐还原过程中，电极中的聚苯胺促进了质子传导，实现了工业级电流密度下氨合成。该研究通过分子工程调控反应微环境，提高了硝酸盐还原到氨的选择性和能量效率。

作者通过在N、N-二甲基丙烯酰胺和N-丙烯酰氧基琥珀酰亚胺共聚形成的共价网络上原位共聚苯胺和间苯胺磺酸，合成了自支撑聚合物电极ME。该电极具有优异的电导特性和高孔隙率，实现了铜催化剂的电化学外延生长合成。

在硝酸盐到氨的转化过程中，聚苯胺可在催化剂周围创造局部富质子环境，促进反应过程中关键中间体的加氢转化。当负载了铜催化剂，电极ME-Cu可在工业级电流密度（2.8 A cm^-2）下，以94%的法拉第效率和62%的能量效率将硝酸盐转化为氨，产氨速率高达12 mmol h^-1 cm^-2.

通过原位电化学红外光谱及同位素标定的动力学研究发现，该分子电极对硝酸盐还原到氨的高选择性源于电极中聚苯胺对催化中间体的质子化作用。从对比实验和动力学同位素实验可得出结论：高度质子化的聚苯胺可在电催化硝酸盐还原过程中作为质子中介，将反应的关键中间体*NO转化为*NOH，从而避免铜催化剂因强吸附*NO（且难以进行*NO到*NHO的氢化反应）而失活，以此提高该电极催化产氨的活性。

研究发现该聚合物电极具有较高的稳定性，能够在工业级电流密度下稳定运行100小时，且无明显性能（法拉第效率及产氨速率）衰减。基于其催化活性和稳定性，作者将该电解池与氨收集-纯化装置耦合，构建了一套连续还原硝酸盐溶液产氯化铵晶体的系统。该系统可在工业级电流密度下生产晶体结构清晰的纯氯化铵固体，氮元素回收率高达85%，实现了硝酸盐到氨的回收利用。

本工作通过构建自支撑聚合物电极ME-Cu，从分子尺度上对铜催化剂进行表面修饰，促进反应关键中间体*NO到*NOH在铜催化剂上的转化，极大程度上避免了铜催化剂的失活问题，提升了催化产氨的选择性，该电极以高能量效率实现了工业级电流密度下硝酸盐还原产氨。