氨气 (NH₃) 是一种常见的空气污染物，其主要来源包括化工合成工业（如氨气合成、硝酸生产、氨燃料电池）、交通运输业的脱硝尾气排放，以及一些室内装修材料等。随着氨作为能源载体的应用，未来NH₃排放量可能进一步增加，氨气选择性催化氧化(NH₃-SCO)技术是将NH₃转化为N₂，是控制排放的关键方法，其目标是在低温下实现高转化率，同时在高温下保持高选择性。为了推进NH₃-SCO 技术的发展，构建高效催化剂是核心工作之一。实现高活性、高N₂选择性和高稳定性的催化剂设计，首先需要深入研究NH₃氧化的反应机理。

针对以上问题，中国科学院上海高等研究院（以下简称“上海高研院”）联合英国伦敦大学学院（UCL）、洛桑联邦理工学院（EPFL）和剑桥大学，通过一系列先进的原位和准原位X射线光谱技术（HERFD-XANES, VtC-XES, operando XAFS, NAP-NEXAFS）在NH₃-SCO领域有新的认识。研究成果以“Lowering the Cu-O bond energy in CuO nanocatalysts enhances the efficiency of NH₃ oxidation”为题发表在Nature Communications上。 

研究通过使用不同的还原剂（NaBH₄和H₂）制备了两种具有相同化学组成但电子结构迥异的双金属催化剂（Co_BCu/Al₂O₃和Co_HCu/Al₂O₃）。综合运用HERFD-XANES、VtC-XES、operando XAFS、in-situ NAP-NEXAFS等多种先进的X射线光谱技术，并结合其他表征手段，详细研究了它们的电子结构及其在氨选择性催化氧化（NH₃-SCO）反应中的性能。本研究清晰地揭示了从原子级结构（Cu-O键长）到电子结构（键强/跃迁能），再到材料性质（氧化还原能力），最终影响催化性能（反应活性与选择性）的完整构效关系链。这项工作不仅开发了一种高效的非贵金属催化剂，更重要的是为理性设计高性能催化剂提供了坚实的科学基础：通过精准调控局部配位环境来优化电子结构，从而定向增强所需性能。

图1 HRTEM和小波变换揭示键长差异

图2 HERFD-XANES和VtC-XES揭示Cu-O键成键和反键轨道差异

该工作的第一作者为上海高研院陈露研究员（低碳转化科学与工程中心碳排放核算与碳捕集利用封存团队），通讯作者为陈露研究员，Paul Dyson教授，Feng Ryan Wang教授。

文章链接：  

https://www.nature.com/articles/s41467-025-64415-w