亚硝酸盐（NO₂^-）是一种广泛存在于土壤和水体中的有害污染物，它被世界卫生组织列为2A致癌物质。亚硝酸盐对人类健康危害极大，它可以破坏血红蛋白，造成细胞退化甚至脑损伤。因此，将NO₂^-转化为无害或有用的产物是保护生态系统和维持氮循环平衡的关键。电催化亚硝酸盐还原（NO₂RR）合成氨被认为是一种“变废为宝”的策略，它可以同时实现NO₂^-污染物的转化以及附加值产品氨（NH₃）的生成。然而，NO₂RR是一个质子耦合的多电子转移过程，该过程涉及多个反应步骤以及多种反应中间体的吸附和脱附。含氮副产物的产生以及氢气的析出严重阻碍了NO₂^-的有效转化和NH₃的高效合成。开发高活性和高选择性的电催化剂尤为重要。

以往的催化剂设计集中于催化剂尺寸、组分的调控，缺陷的构建以及维度的控制，催化剂的晶体结构对于NO₂RR活性的影响还鲜有报道。近年来，纳米材料相工程的研究取得了巨大的进展。与常规晶相的金属纳米材料相比，非常规晶相具有不同的原子排列顺序，从而可以有效改变材料的电子结构，以及对特定物质的吸脱附性质，该策略也被认为是一种调控金属纳米材料本征物理化学性质从而提高催化活性的有效方法。然而，在多电子转移反应，如NO₂RR中，单金属催化剂往往受限于其有限的表面吸附位点，这使其在催化反应中很难同时实现对多种中间体的吸附和稳定。设计和合成具有非常规晶相的合金催化剂应该会是一个有效的策略。但由于不同元素间还原电势，表面能量以及成核/生长性质的不同，可控合成具有非常规晶相的合金催化剂仍然是一个巨大的挑战。

近日，香港城市大学范战西教授、清华大学谷林教授和香港理工大学黄渤龙教授合作，开发了一种一步溶剂热法成功合成了具有非常规密排六方晶相（hexagonal close-packed, hcp）的IrNi纳米合金枝状结构（nanobranches, NBs）。

在电催化亚硝酸盐还原合成氨反应中，hcp IrNi NBs 展现出了优异的电催化活性和稳定性。NH₃法拉第效率高达98.2%，半池能量效率高达50.1%，NH₃产率高达34.6 mg h^-1 mg_cat^-1 (75.5 mg h^-1 mg_Ir^-1)。

理论计算结果表明，在hcp IrNi NBs中，Ir和Ni之间的强相互作用可以优化催化剂的电子结构，加快电子转移速率，从而促进活性氢的产生以及关键中间体的稳定，降低反应过程中的能垒，实现高效电催化亚硝酸盐还原合成氨。

该工作通过调控金属纳米材料的晶体结构来提高催化活性，为设计合成高效电催化亚硝酸盐还原合成氨催化剂提供了一种新的思路。