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電化學CH₃CN加氫制備CH₃CH₂NH₂是由C≡N鍵的吸附和活化引發的，然后C≡N鍵與活性氫(H*)發生加氫反應生成C-N鍵。Ni對C≡N鍵具有良好的吸附親和性，被認為是CH₃CN加氫反應最有前途的催化劑。

然而，由于H₂O的O-H鍵難以解離，其氫化過程受到H*緩慢生成的嚴重阻礙，通常通過在其他具有優良H₂O解離能力的載體上負載Ni來解決這一問題。為了實現有效的加氫過程，在載體上產生的氫必須遷移到Ni加氫位點。

從理論上講，將Ni錨定在TiO₂上是提高CH₃CN加氫能力的可行策略。但是，氫在TiO₂上的溢出是一個熱力學上不利的和能量密集的過程，從而阻礙了氫的快速利用。因此，目前需要開發有效的策略來增強氫溢出和高效電化學CH₃CN加氫。

近日，華中師范大學/上海交通大學張禮知和上海交通大學么艷彩等制備了一種新型的整體式Ni₁/OVs-TiO₂?NA電極，并將其用于高效電化學CH₃CN加氫。理論計算結合原位電化學結果表明，氧缺陷(OVs)能有效地調節相鄰表面晶格氧的電子結構，降低O-H鍵的結合強度，從而調節H*吸附/解吸行為，促進在Ni₁/OVs-TiO₂?NA上沿表面晶格氧的氫轉移過程。

更重要的是，Ni₁/OVs-TiO₂?NA上*CH₃CN轉化為*CH₃CHN的加氫步驟在熱力學上是自發的(-0.54 eV)，而Ni₁/TiO₂?NA上*CH₃CN加氫必須克服0.65 eV的能壘。此外，最終產物(*CH₃CH₂NH₂)在Ni₁/OVs-TiO₂?NA上的解吸能為1.18 eV，也低于Ni₁/TiO₂?NA (1.86 eV)，說明Ni₁/OVs-TiO₂?NA具有更好的加氫性能。

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性能測試結果顯示，Ni₁/OVs-TiO₂?NA催化劑在-0.5 V_RHE下的CH₃CH₂NH₂生產速率高達6.93 mmol h^-1?mg_Ni^-1，法拉第效率為94%，遠遠超過Ni₁/TiO₂?NA (0.78 mmol h^-1?mg_Ni^-1和39%)和大多數報道的最先進的電催化劑。

此外，Ni₁/OVs-TiO₂?NA在-0.6 V_RHE?(約100 mA cm^-2)下連續電解20個循環期間，CH₃CH₂NH₂生產速率和法拉第效率保持穩定，且耐久性測試后的催化劑的形貌和結構未發生明顯變化，顯示出優異的穩定性。

總的來說，該項工作揭示了表面OVs和Ni單原子催化位點對促進電化學加氫反應的協同作用，為設計和開發高效的CH₃CN加氫催化劑提供了理論指導。

Surface lattice oxygen confined hydrogen transfer for electrochemical acetonitrile hydrogenation. ACS Catalysis, 2025. DOI: 10.1021/acscatal.4c07928