氨（NH3）作为一种重要的工业化学品，以其高能量密度和低液化压力，作为一种方便携带的无碳能源载体而受到广泛关注。然而，由于N≡N裂解（941 kJ mol–1）的高能量屏障，将氮（N2）固定到NH3是极具挑战性的。到目前为止，工业规模的NH3生产仍然严重依赖于资本密集型的Haber-Bosch工艺，该工艺在恶劣条件下运行（>450°C，>150 atm）。考虑到这一过程消耗的巨大能量，探索在温和条件下实现N2固定的可持续系统具有重要意义。电化学N2还原反应（NRR）被广泛认为是一种有前途的方法，因为它可以在环境条件下使用可再生电力进行，从而实现可持续的能源经济。然而，由于竞争析氢反应（HER）的发生，尤其是在水溶液中，工业规模氨合成的NH3产率和法拉第效率（FE）仍然相对较低。因此，需要一种高效的电催化剂，能够降低*N2的自由能垒以与质子（H*）竞争活性位点，从而在低过电位下促进高选择性NRR。

由于其尖晶石晶体结构有利于Co2+和Co3+离子之间的电子传输，以及由于其相对较弱的M–O键，Co3O4在电催化中已被广泛探索，这使得通过表面修饰或单原子晶格掺杂产生氧空位成为可能，这种氧空位对于促进N2固定非常重要。作者合成了一种孤立的Ru原子修饰Co3O4的单原子催化剂，并发现在电催化N2还原反应中具有非常好的反应活性。

图2. 催化剂合成和结构表征示意图。（a） 通过水热反应和后续煅烧工艺制备RuyCo3O4-x纳米线的示意图。（b）RuyCo3O4-x以及Ru0.7Co3O4-x、Ru1.4Co3O4-x和Co3O4-x样品的XRD光谱（c）（311）和（d）（400）晶面的放大峰显示出峰的位移，表明钌渗透到Co3O4-x晶格中。（e） Ru1.4Co3O4-x的SEM和（f）TEM图像。（g）Ru1.4Co3O4-x的HR-TEM图像。（h） Ru1.4Co3O4-x的STEM-EDX元素图。

图3. XPS和XAS特征的光谱分析。

图4. 电化学固氮性能。（a） Ru1.4Co3O4-x和Co3O4-x在0.1 M KOH溶液中在50 mV s–1的Ar和N2气氛下的线性扫描伏安图。（b） 比较Ru1.4Co3O4-x和Co3O4-x在每个给定电势下的NH3法拉第效率（FE）和质量标准化产率。（c） 通过三种定量方法：靛酚蓝、IC和1H NMR检测0 V下Ru1.4Co3O4-x的NH3-FE和质量标准化产率与RHE。（d） Ru1.4Co3O4-x的每个给定电势下的Ru质量标准化产率和部分电流密度。（e）在Ru2.8Co3O4-x、Ru1.4Co3O4-x、Ru0.7Co3O4-x、Co3O4-x和5 wt%Ru/C的每个给定电势下的法拉第效率。（f）在0 V vs RHE下在0.1 M饱和N2中连续循环电解1 h后计算的Ru1.4Co3O4-x的NH3 FE和Ru质量标准化产率。