Active Hydrogen
化学万事屋live
这篇文章分享2025年四川卷对电化学的考查，其命题来源为以下论文：
同样是NO3-还原为NH3，这里涉及到了还原过程中H原子的介入，额……好好的，为什么要提H原子呢？这其中的历程如何？和之前一样，接下来先解析题目，然后是反应历程的梳理。
06 四川卷 | 真题解析
充电时：H2O→O2为氧化反应，Ni-CuO电极作阳极。放电时：NO3-还原为NH3，Ni-CuO电极为正极。
A选项：放电时，每转移24mol e-，负极需要32mol OH-，但正极只迁移过来27mol OH-，负极区还需自行准备OH-，即OH-的数目降低，A错误，这种考法与全国卷一致。
B选项：放电时，水中的氢离子得电子变成氢原子，氢原子将NO3-逐步还原为NH3。从NO3-到NH3，N从+5价降低到-3价，H从0价升高到+1价，因此，还原1mol NO3-为NH3，理论上需要8mol 氢原子。
注：关于放电时的正极反应，我看到有只写水解离的：8H2O+8e-= 8H+8OH-，这只是其中一个环节，NO3-还原为NH3的整个过程是文献中这样。
另附，真实的电化学装置长右图这样：
NO3-→NH3的反应历程
题目中之所以特意提到H原子，我猜……大概是想给我们透露一点反应机理，但又不能说得太彻底，主打一个类似启蒙的作用~~~
我看了文献原文之后，发现*H确实一个很好的切入点，这篇论文的亮点之一是hollow square的Ni-CuO催化剂，它可以提供双金属催化活性位点，尤其是Ni的加入。
研究发现，Ni既能加快水的解离，产生更多的活性*H，又能促进后续中间体*NOx的氢化，从而推动NO3-还原为NH3。
Ni加速水的解离
如下图，对比*H2O→*H+*OH这一步，以CuO作催化剂时需要吸热跨越能垒，以Ni-CuO为催化剂时则是放热，这在热力学上有利的，即Ni能促进水的电解。
Ni加速中间体的氢化
如下图，从*NO3-到*NH3是一个复杂的过程，中间要经历很多个中间体。以CuO作催化剂时，可以看出*NO→*NOH、*NOH→*NHOH是非常关键的两步，能垒分别为0.05eV、0.12eV。
而以Ni-CuO为催化剂时，这两步的能垒则分别降为-0.43eV和-0.71eV，说明Ni的加入还可以促进中间体的氢化。
除此之外，Ni的加入可以增强催化剂表面的质子亲和力（proton affinity），为中间体提供更多的*H促进后续的氢化步骤，从而降低反应能垒、增强催化活性。
综上，Ni−CuO催化NO3-还原为NH3的反应机理如下，如果想了解更多，请参考原文献。
至此，电化学专题中NO3-的8电子还原过程完结，坐等它在2026年的新花样儿（大概率有的吧~hhh）。
🐳敬上~~~
特别备注：文中截图全部来自以上文献。
