Electrocatalytic reduction of nitrate (NO3RR) to ammonia offers a promising approach for mitigating the environmental impact of NO3–, while simultaneously enabling the synthesis of NH3 under ambient conditions. Recently, single-atom catalysts (SACs) have been proven to have attractive activity on NO3RR, and better catalysts with enhanced activity and stability are still in demand. Here, we report the efficient boosting of NH3 production via the NO3RR using boron-doped Fe SAC (Fe-BCN). Fe-BCN is a normal 12-hedral nanoparticle with a size of 500 nm. The NH3 Faradaic efficiency of Fe-BCN reached 97.48%, with a high ammonia production rate of 2.17 mg cm–2 h–1, in an alkaline electrolyte environment at an electrode potential of −0.3 V vs reversible hydrogen electrode. Density functional theory calculations revealed the strategy of introduced B regulating the intermediate adsorption on Fe-BCN, which enhanced the NO3RR activity. Furthermore, leveraging the high NO3RR activity of Fe-BCN, a nitrate-zinc battery with a power density of 0.90 mW cm–2 was constructed by using Fe-BCN as the cathode and zinc as the anode, respectively. This research demonstrates the broad prospects of Fe-BCN in the NO3RR and provides insights for high-performance Fe SAC electrode materials.

Abstract Ammonia, as a high‐energy‐density carrier for hydrogen storage, is in great demand worldwide. Electrocatalytic nitrate reduction reaction (NO 3 RR) provides a green NH 3 production process. However, the complex reaction pathways for NO 3 RR to NH 3 and the difficulty in controlling intermediate products limit the reduction process. Herein, by incorporating atomic‐level bismuth (Bi) into CuCo 2 O 4 hollow carbon nanofibers, the catalytic activity of the electrocatalyst for NO 3 RR is enhanced. The maximum Faradaic efficiency of Bi 1 ‐CuCo 2 O 4 is 95.53%, with an NH 3 yield of 448.74 µmol h −1 cm −2 at −0.8 V versus RHE. Density Functional Theory calculations show that the presence of Bi lowers the reaction barrier for the hydrogenation step from *NO 2 to *NO 2 H, while promoting mass transfer on the release of *NH 3 and the reactivation of surface‐active sites. Differential charge density calculations also show that after Bi doping, the charge supplied by the catalyst to NO 3 − increases from 0.62 to 0.72 e ‐ , thus reasoned for enhanced NO 3 RR activity. The established nitrate‐Zn battery shows an energy density of 2.81 mW cm −2 , thus implying the potential application.

Piezoelectric effect, plasma effect and semiconductor heterostructure are important strategies for enhanced photocatalytic performance. Herein, we developed a novel heterostructure piezoelectric photocatalyst, Ag/Ag2S/BiFeO3 (AAS/BFO), for photocatalytic degradation of ciprofloxacin from water. Experimental results verified the enhancement of combining heterostructure piezoelectric polarization effect, which promotes efficient migration and separation of photogenerated carriers due to the localized surface plasmon resonance effect of Ag nanoparticles. Additionally, the introduction of Ag2S constructs a new heterostructure, that enhances the electron transport rate and improves the separation efficiency on electron-hole pairs. Under ultrasonic stimulation and visible light irradiation, the degradation efficiencies of 15 %-AAS/BFO towards ciprofloxacin, methyl orange and methylene blue are significantly enhanced compared to pure BFO fibers. The demonstrated AAS/BFO material based on the synergistic piezoelectric effect and plasmon heterostructure shows potential in efficient organic pollutants water treatment and transforming mechanical energy into chemical energy.

The electrochemical nitrate reduction reaction to ammonia (NRA) is gaining increasing attention as an eco-friendly approach to convert harmful nitrate pollutants into high-value product ammonia. NRA involves two critical rate-determining steps: hydrogenation of the *NO and *NOH intermediates. The composite of Ni and Cu has been demonstrated to exhibit synergistic catalytic effects; however, research on the combination of Ni and CuO remains limited. Herein, an advanced Ni-doped copper oxide catalyst with a hollow square morphology (Ni–CuO) is reported with a Faradaic efficiency of 95.26% at −0.8 V vs RHE and a high yield rate of 0.94 mmol h–1 cm–2, demonstrating high selectivity and stability. Complementary analyses demonstrated that the active hydrogen generated at the Ni sites facilitates the hydrogenation of *NOx adsorbed on Cu sites. Theoretical computations further confirm the thermodynamic viability of this bimetallic catalytic mechanism. Furthermore, an Al–NO3– battery with a high open-circuit voltage was constructed by using Ni–CuO as the cathode. This work presents a synergistically modulated catalyst for complex catalytic processes and introduces a highly efficient Al–NO3– battery capable of simultaneous NH3 synthesis and electrical energy conversion, underscoring its potential in efficient catalysis and the development of the energy and chemical industries.

Abstract The hydrazine‐assisted water splitting (HzAWS) is promising for energy‐saving hydrogen production. However, developing efficient bifunctional catalysts that exert hydrogen evolution reaction (HER) and hydrazine oxidation reaction (HzOR) at industrial‐grade current densities remains challenging. Here, Ru C ‐NiCoP catalyst, ruthenium clusters (Ru C ) immobilized onto NiCoP, is developed to elucidate the superior performance of Ru C in enhancing bifunctional electrocatalytic activity over ruthenium single atoms (Ru SA ). The Ru C ‐NiCoP achieves current densities of 10 and 100 mA cm −2 for HER and HzOR with working potentials of −10 and −89 mV, respectively, outperforming Ru SA ‐NiCoP (−16 and −65 mV). During HzAWS, a cell voltage reduction of 1.77 V at 300 mA cm −2 is observed compared to overall water splitting. Density functional theory calculations reveal that Ru C improves the adsorption energy for H 2 O and N 2 H 4 , optimizes the H* intermediate desorption, and reduces the dehydrogenation barrier from *N 2 H 3 to *N 2 H 2 . Additionally, the direct hydrazine fuel cell with a Ru C ‐NiCoP anode delivers an impressive power density of 226 mW cm −2 and enables a self‐powered hydrogen production system, achieving an unprecedented hydrogen production rate of 4.9 mmol cm −2 h −1 . This work offers a new perspective on developing efficient sub‐nanoscale bifunctional electrocatalysts and advancing practical energy‐saving hydrogen production techniques.