高效电催化还原硝酸盐制氮：从水中去除氮的有前景的方法

来源：中国科学院 / 编辑：ZHANG Nannan

根据最近发表在《Chemical Communications》上的一篇论文，中国科学院合肥物质科学研究院（HFIPS）孟国文教授的团队研制了一种高效电催化材料，将水中的硝酸盐还原为氮气，为降解水中氮浓度提供了一种有前景的方法。

负责这项研究的 TANG Haibin 副教授说：“这种材料成功地提高了硝酸盐电催化还原水中N2的选择性。”。

硝酸盐是一种危险的水污染物，容易导致水体富营养化、水华等生态环境问题。在去除硝酸盐的方法和技术中，电催化还原法尤为突出，它能选择性地将硝酸盐（NO3-）转化为铵（NH4+）或氮气（N2），能有效降低水中总氮的浓度，在富营养化水体的修复中显示出巨大的应用前景。然而，之前报道的材料虽然对氨/铵具有优先的选择性和效率，但不适合在湖泊和河流等实际水环境中应用。

在本研究中，通过电化学沉积在多孔铜泡沫骨架（Cu2O@CF）表面制备了一层（111）优先取向氧化铜（Cu2O）薄膜。由于多孔导电泡沫铜框架，这种复合结构可以很容易地用作硝酸盐电催化还原的阴极。结果表明，硝酸盐催化还原制氮的效果显著提高。

唐教授说：“在碱性溶液中，硝酸盐的去除率为93%，N2的选择性为99%；在中性溶液中，硝酸盐的去除率为94.3%，N2的选择性为49.2%。”。

为了验证实际水中其他阳离子和阴离子的可能干扰，使用当地水库的湖水进行了电催化试验。

“硝酸盐的去除率高达91.1%，氮气的选择性高达64.2%，”唐说，“两者都高于我们的预期。”

本研究中的阴极材料制备简单，可实现对氮气的高选择性，表明Cu2O在硝酸盐电催化还原为氮气中的应用潜力。

本研究为进一步设计稳定高效的电催化脱氮材料提供了有价值的参考，有助于水生态环境的治理和保护。

该研究得到了国家自然科学基金、安徽省自然科学基金、中国科学院前沿科学研究重点项目的资助。

原文网址：https://english.cas.cn/newsroom/research_news/chem/202203/t20220330_303258.shtml

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