目前，水中NO₃^?的過量積累擾亂了全球氮循環，造成飲用水資源中嚴重的硝酸鹽污染，嚴重影響了公共衛生和自然生態系統。電催化硝酸根還原(NO₃^?RR)技術由于能夠去除有害硝酸鹽和生產高附加值產物受到人們廣泛的關注。

然而，催化劑耐久性差和競爭性析氫反應嚴重阻礙了NO₃^?RR的實際應用。根據文獻報道，電催化界面的設計顯著地影響了電催化劑的固有催化活性。因此，了解電催化NO₃^?RR反應的界面化學性質是設計高效催化劑的前提。

基于此，東華大學楊建平和上海師范大學張蝶青等通過聚多巴胺(PDA)修飾的Fe₂O₃原位硝化，合成了N摻雜碳涂層的水稻狀Fe₂N催化劑(RL-Fe₂N@NC)，其能夠有效電催化NO₃^?還原為N₂。

結果表明，所制備的RL-Fe₂N@NC催化劑具有極高的NO₃^?轉化率(高達86%)，并且N₂的選擇性接近100%；此外，由于RL-Fe₂N@NC具有耐腐蝕的Fe₂N核和牢固的的導電N摻雜碳殼，其還具有良好的長期催化穩定性(經過40個循環后的NO₃^?去除率為第1個循環的82%)。

采用原位差分電化學質譜(DEMS)、電子自旋共振(ESR)和同位素標記法，以及密度泛函理論(DFT)計算表明，RL-Fe₂N@NC的高催化性能可以歸因于其碳涂層和Fe物種電子結構的氮化調節，這增強了活性氫的吸附和利用，提高了含氮中間體的吸附和解吸，抑制了競爭性析氫反應的發生，提高了反應的選擇性，從而表現出良好的電催化NO₃^?RR性能。

總的來說，該項工作所提出的界面設計策略有助于進一步研究分析電催化NO₃^?RR的界面化學行為，同時也能指導催化劑-界面設計的優化和推動NO₃^?RR的實際應用。

Modulating the Active Hydrogen Adsorption on Fe-N Interface for Boosted Electrocatalytic Nitrate Reduction with Ultra-long Stability. Advanced Materials, 2023. DOI: 10.1002/adma.202304695