近日，我校马海霞教授和李嘉辰副教授团队联合香港大学，在含能材料领域取得了一项新突破。研究以DAT小分子（全称3,5-二氨基-1H-1,2,4-三唑）为原料，通过电化学方法让其发生N–N氧化偶联反应，从而合成出具有高能量的偶氮类三唑含能材料。该过程好比让小分子“手拉手”配对，但在实际反应中会遇到“抢座”难题——反应物和中间产物趋向于和电解液中的“羟基自由基”（*OH）争夺催化剂上的活性位点，导致反应又慢又费电，效率上不去。

为此，团队设计了一种巧妙的多位点催化剂——由铂（Pt）、铜（Cu）和氧化铜（CuO）组成的异质结构。这就像给催化剂装了“分区管理”系统，不同组分各司其职，有的专门吸附反应物，有的负责稳定中间体，有的优先照顾*OH，从而把原本互相干扰的吸附过程解耦开来，让反应路径更顺畅。最终表现出高效催化活性和效率，在只需0.904 VRHE的低电压下，就能达到每平方厘米100毫安的电流密度，同时法拉第效率（即电能用于目标反应的比例）高达95%。

含氮杂环偶氮含能材料具有含氮功能化杂环与偶氮基团，在含能材料领域具有重要应用。传统含氮杂环偶氮含能材料通常通过相应胺类底物的化学氧化获得，但该过程往往需要危险的重金属氧化剂、高温条件以及额外的副产物分离步骤。电化学能够以电子作为氧化还原介质，在温和条件下实现绿色、无外源氧化剂的化学转化，为偶氮含能材料的绿色合成提供了新的途径。然而，对于含氮杂环化合物的N–H/N–H氧化偶联，特别是偶氮键形成过程，其反应机理仍缺乏深入认识。

N–N偶联形成偶氮产物通常经历–NH2基团逐步脱氢，并形成*NH2、NH、N、*NH–NH、*N–NH和*N=N等含氮中间体。在这一过程中，高活性的*OH与含氮杂环底物/中间体之间存在明显的竞争吸附。由于OH⁻具有较低的迁移能和较小的离子半径，其在动力学上更容易占据催化剂表面位点，进而限制含氮底物进入活性位点；另一方面，过量OH⁻吸附还会增加析氧副反应比例，降低N–N偶联法拉第效率。

因此，如何通过多活性位点协同调控*OH与含氮物种的共吸附行为，是实现高效N–N氧化偶联的关键。针对碱性条件下电化学反应过程中底物/中间体和*OH竞争吸附问题，本研究设计了Pt/Cu/CuO多位点异质结构，原位表征和理论计算表明Pt的引入能够调节Cu/CuO上含氮杂环底物/中间体与OH⁻物种的吸附能力。DAT底物与*OH分别吸附于Cu纳米团簇和CuO位点，而N–N偶联中间体则通过金属–N配位优先稳定在Pt–Cu团簇位点。由此形成的多位点协同吸附策略显著促进了DATOC反应活性和效率。仅需0.832和0.904 VRHE即可分别达到10和100 mA cm–2而该反应在流动电解槽中500 mA cm–2电流密度下可稳定运行600小时，具有规模化应用前景。

该成果以“Pt-Mediated Co-Adsorption of Hydroxyl and Nitrogen-Heterocyclic Species Over Cu/CuO Heterostructure Enhances Coupled Azotriazole Electrosynthesis and Dual-Electrode Hydrogen Production”为题，发表在化学领域期刊Angewandte Chemie International Edition西北大学化工学院李嘉辰副教授为第一作者，通讯作者为西北大学化工学院马海霞教授/李嘉辰副教授和香港大学郭正晓院士。