含氮燃料的燃燒以及農業中農藥和化肥的過度使用導致了地表水和地下水系統中嚴重的硝酸鹽污染。這種污染對人類健康和生態平衡構成了巨大威脅，使得去除硝酸鹽污染物成為一項緊迫的環境任務[1],[2],[3],[4],[5],[6],[7],[8]。氨（NH3）不僅是生產化肥和許多其他工業產品的重要化學原料，也是一種關鍵的能量載體[9],[10],[11],[12],[13],[14],[15],[16],[17],[18]。傳統的氨合成方法——哈伯-博施工藝需要在高溫高壓條件下進行，這不僅消耗大量能源，還會產生大量的溫室氣體[19],[20],[21],[22]。電催化氮還原反應（NRR）成為哈伯-博施工藝的替代方案，但受到氮在水中溶解度低以及打破強N-N鍵所需高能量的限制[23],[24],[25],[26]。電催化硝酸鹽還原為氨（NO3RR）是一種更優越的電化學NH3合成技術，因為NO3?在水中具有良好的溶解性，且其解離能較低。通過將有害的NO3?污染物轉化為NH3，NO3RR同時實現了兩個目標：既降低了環境風險，又解決了氨生產的問題[27,28]。由于NO3RR是一個涉及多質子電子轉移及生成NO2、NO等副產物的復雜過程，因此尋找高NH3選擇性的電催化劑至關重要[29,30]。
單原子催化劑（SACs）自首次合成以來已成為催化領域的前沿材料，因其優異的催化活性、豐富的活性位點以及高的原子效率[31,32]。SACs可作為多種反應的有效催化劑[33,34]，例如氫演化反應（HER）[35],[36],[37]、氧還原反應（ORR）[38],[39],[40]、氧演化反應（OER）[41],[42],[43]、氮還原反應（NRR）[44],[45],[46]、二氧化碳還原反應（CO2RR）[48,49]等[50],[51],[52],[53],[54]。SACs中的TM原子通常作為催化活性中心，但在實驗中難以合成大量且分布均勻的TM活性位點。合適的基底對于SACs固定金屬原子并防止其形成簇狀結構至關重要。二維（2D）材料憑借其獨特的結構和電子性質，已成為有前景的基底材料，并已應用于傳感器[56]、催化劑[57,58]和能量存儲[59]等領域。然而，許多傳統2D材料在作為SAC基底時存在固有局限性，包括錨定位點不足、在反應條件下的結構不穩定以及電導率有限等問題。
共價有機框架（COFs）是一種具有均勻孔隙結構的二維（2D）π-共軛框架，由通過強共價鍵連接的有機單元組成。COFs是材料科學和能源應用的研究熱點，在熒光傳感器[60]、藥物輸送[61]、抗菌材料[62]和氣體分離[63]等領域展現了顯著潛力�；诮饘偬嫉腃OFs通過將酞菁的中心腔體金屬化形成TM-N4單元作為活性位點，實現了單個TM原子的原子級均勻分布，已被證明是高性能催化劑[64,65]。例如，Jiang等人采用無熱解合成方法制備了Ti/Cu/Co-COFs，并發現Ti–COF在NRR反應中表現出優異的催化性能和選擇性[66]。Wang等人結合密度泛函理論（DFT）和高通量篩選方法，發現Fe和Mn酞菁是具有高電化學和熱穩定性的ORR候選材料[67]。Lu等人報道了二噁英連接的金屬酞菁COFs在電催化CO2還原（ECR）和光耦合電催化CO2還原（PECR）中表現出優異的活性[68]。
本文研究了一種獨特的2D COF，該COF中的金屬酞菁單元通過聚酰亞胺鍵相連，可作為電催化硝酸鹽還原為氨的催化劑。含有鈷（II）酞菁位點的2D COFs是通過2,3,9,10,16,17,23,24-八羧基酞菁酸鈷（II）的四氫合物與苯二胺的溶熱反應制備的，可作為高效的CO2RR催化劑[69]。Zhang等人發現Nb-, Mo-, Ta–COF是具有良好性能的NRR催化劑[70]。Li等人分別報道了基于錳和鈷酞菁的COF是有效的ORR和OER催化劑。關于NO3RR的研究較少。本研究中密度泛函理論（DFT）的計算結果表明，Ti–COF在NO3RR反應中表現出出色的催化性能，其極限電位（UL）為?0.19 V，其催化機制也得到了詳細討論。
