在環境條件下，通過電化學C-N偶聯反應轉化為高附加值有機氮化合物是實現碳中和以及有害物質高價值利用的可持續發展策略。

基于此，湖南大學譚勇文教授和中國臺灣同步輻射研究中心詹丁山教授等人報道了一種在環境條件下用Ru₁Cu單原子合金（Ru₁Cu SAA）從一氧化碳（CO）和亞硝酸鹽（NO₂^–）中選擇性合成高價值甲酰胺的電化學過程，該過程在-0.5 V條件下具有較高的甲酰胺選擇性，法拉第效率（FE）為45.65±0.76%。

通過DFT計算，作者研究了Ru₁Cu SAA界面上C-N耦合形成HCONH₂的過程。優化后的Ru₁Cu SAA模型對NO₂^–和CO的吸附能證實，Ru₁Cu SAA更有利于NO₂^–的吸附，表明Ru₁Cu SAA表面會富集NO₂^–。Bader電荷分析表明，Ru₁Cu SAA吸附的*NO₂物種得到-0.94 |e|，而吸附的*CO物種得到-0.67 |e|，表明Ru位點與*NO₂之間的相互作用強于Ru位點與CO*之間的相互作用。

在反應過程中，Ru位點更有利于NO₂^–的吸附，而CO則更傾向于吸附在靠近Ru位點的Cu位點上。當CO吸附在毗鄰Ru的Cu位點上時，Ru位點上NO₂^–的吉布斯自由能可以從-1.80 eV降至-1.83 eV，說明Cu位點上活化的CO分子進一步促進了NO₂^–在毗鄰金屬位點上的吸附和活化。

結果表明，路徑2（*CO*NOOH→*CO*NOHOH，ΔG=0.31 eV）的決定速率步驟能壘（RDS）低于路徑1（*CO*NO→*CO*NOH，ΔG=1.28 eV）。因此，形成*NOHOH中間體代替*NO，可以降低整個反應的RDS能壘，有利于加速后續質子化過程，提高甲酰胺的電合成性能。

Efficient electrosynthesis of formamide from carbon monoxide and nitrite on a Ru-dispersed Cu nanocluster catalyst. Nat. Commun., 2023, DOI: 10.1038/s41467-023-38603-5.