氨作为全球产量第二大的化学品，是肥料与精细化工领域不可或缺的关键前体。随着可持续太阳能技术的发展，在可再生能源领域的应用迎来新可能——光电化学硝酸盐还原反应，这种方法能在常温常压下进行且不排放二氧化碳，是极具潜力的制氨途径。

近日，内蒙古大学王蕾教授团队，针对硝酸盐还原制氨过程中存在的太阳能-氨转化效率低、选择性差及起始电位高等核心问题展开科研攻关，创新提出“无偏压光电化学电池中氨与二羟基丙酮的直接合成制备”体系技术。仅依靠太阳光驱动，便能将废水中的硝酸盐转化为氨，将甘油氧化为二羟基丙酮等产品，其中氨生产的法拉第效率超过90%，甘油氧化的法拉第效率高于77%，实现了太阳能驱动下“硝酸盐还原+甘油氧化”的高效耦合。

“硝酸盐还原为氨涉及八电子转移过程，存在太阳能-氨转化效率低、选择性差及起始电位高的问题，主要因为太阳光谱利用率低和光电极中电荷复合严重。” 王蕾介绍道，要推进光电化学系统中光电极的无偏压运行，半导体需具备足够低的起始电位，因此开发适配的光电极与助催化剂，是成为提高太阳能转换效率及光生电荷利用效率的关键。

研究团队采用硫化镉和二氧化钛层沉积硫硒化锑半导体构建光阴极，再修饰铜-锇电催化剂，用于光电化学硝酸根还原合成氨。实验数据显示，该光阴极在0 Vʀʜᴇ下的光电流密度可达5.6 mA cm⁻²，起始电位低至0.86 Vʀʜᴇ。同时，团队选用钌-氧化铋修饰的二氧化钛作为光阳极，构建起完整的光电化学池，用于同步合成氨与催化甘油氧化。成功攻克传统光电合成氨效率低、依赖外压的技术瓶颈，不仅为碳中和目标下高值化学品合成提供有力支撑，更为废水资源化利用、绿氨及生物质精炼提供了新方向。

该研究获得国家重点研发计划、国家自然科学基金、自治区自然科学基金等项目资助，相关成果已发表于国际顶级期刊《自然・通讯》。