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电催化硝酸盐还原反应（NO3−RR）是一种很有前途的处理含NO3−废水和实现可持续氨（NH3）合成的途径。虽然二维（2D）过渡金属二硫属化物（TMD）催化剂被广泛用作各种电催化反应中的催化剂，但其在NO3−RR中的实际应用仍然受到固有的缓慢动力学和低稳定性的阻碍。金属-载体相互作用（MSI）增强电荷转移并稳定催化位点，为解决这些挑战提供了策略。
2025年7月22日，山西师范大学许小红、复旦大学刘洋在国际知名期刊Journal of the American Chemical Society发表题为《Accelerating Nitrate Electroreduction to Ammonia via Metal−Support Interactions in Ni-WS2 Catalysts》的研究论文，Jiangnan Lv、Qianwen Yang为论文共同第一作者，许小红、刘洋为论文共同通讯作者。
在本文中，作者通过两步策略设计了一种MSI驱动的Ni-WS2催化剂。Ni-WS2催化剂表现出出色的NO3−RR性能，在-0.3 VRHE下实现了91.7%的法拉第效率（FE），在-0.7 VRHE下的NH3产率为23.3 mg h−1 cm−2。
值得注意的是，Ni-WS2催化剂在膜电极组件（MEA）中保持了优异的稳定性，在100 h内维持了约32 mg h-1 cm-2的NH3产量。
密度泛函理论（DFT）计算表明，Ni金属和WS2载体之间的MSI诱导界面电荷重新分布，优化了关键中间体的吸附能，降低了速率控制步骤（*NH2→ *NH3）的能垒，并且以Ni-WS2为正极组装的Zn-NO3−电池表现出显著的性能。
综上，作者通过金属-载体相互作用（MSI）设计的Ni-WS2催化剂在电催化NO3−RR中的应用，旨在提高氨合成效率并处理含硝酸盐的废水。研究发现，Ni-WS2催化剂在NO3−RR中表现出卓越的性能，其氨的法拉第效率达到91.7%，产率达到23.3 mg h-1cm-2，并在膜电极组件（MEA）中稳定运行超过100 h。
密度泛函理论（DFT）计算揭示了Ni与WS2之间的MSI能够优化关键中间体的吸附能量，降低速率决定步骤的能垒。此外，基于Ni-WS2的Zn-NO3−RR电池展现出高功率密度和85.1%的氨法拉第效率。
该研究不仅提出了一种通过MSI调控提升2D过渡金属硫化物（TMDs）催化剂性能的新策略，还为可持续氨合成和废水处理提供了高效的电催化解决方案，同时为氮循环电催化提供了新的理论依据。
该研究为开发高性能电催化剂提供了新的思路，特别是在处理含硝酸盐废水和可持续合成氨方面具有广阔的应用前景。此外，Ni-WS2催化剂在Zn-NO3−电池中的优异表现，为设计新型电化学能源存储设备提供了新的方向。
Accelerating Nitrate Electroreduction to Ammonia via Metal−Support Interactions in Ni-WS2 Catalysts. J. Am. Chem. Soc., 2025. https://doi.org/10.1021/jacs.5c06333.
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