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含有硝酸鹽（NO₃^?）的廢水排放即使在低濃度下也會破壞水生生態系統。然而，選擇性和快速還原低濃度的NO₃^?為氮氣（N₂）在技術上具有挑戰性。

在這里，耶魯大學Jae-Hong Kim，清華深圳國際研究生院Xiaoxiong Wang提出了一種裝有Sn對原子催化劑的帶電膜（EM），用于在單程電過濾中將NO₃^?高效還原為N₂。

文章要點

1）對原子設計有利于吸附的N中間體在相鄰的Sn原子上耦合以增強N₂選擇性，這對于傳統的完全隔離的單原子催化劑設計來說是一個挑戰。EM確保催化劑充分暴露并通過傳質增強加強催化劑與NO₃^?的相互作用，從而為N₂耦合提供更多的N中間體。

2）研究人員進一步開發了一種還原二氧化鈦EM作為陽極來產生游離氯，以將殘留氨（<1 mg-N L^?1）完全氧化為N₂。順序陰極到陽極電過濾可實現近乎完全去除10 mg-N L^?1 NO₃^?和~100%N₂選擇性，水停留時間為秒級。

研究結果推進了用于NO₃^?還原的單原子催化劑設計，并為低濃度NO₃^?污染提供了實用的解決方案。

參考文獻

Wu, X., Wang, X., Wu, Y. et al. Bilayer electrified-membrane with pair-atom tin catalysts for near-complete conversion of low concentration nitrate to dinitrogen. Nat Commun 16, 1122 (2025).

DOI：10.1038/s41467-025-56102-7

https://doi.org/10.1038/s41467-025-56102-7