硝酸鹽污染是全球普遍關注的水環境問題之一。硝酸鹽的無害化有兩條途徑：一是將硝酸鹽還原為N2進入大氣，但是有副產物N2O產生，造成氮損失同時增加溫室氣體排放；二是將硝酸鹽還原為氨，雖然氨在水環境中是污染物，但在能源領域卻是研究者青睞的重要零碳燃料和氫能載體，為發展綠色能源、實現“雙碳目標”提供新的方案。
水污染過程與防治研究中心成員針對電化學還原硝酸鹽反應效率低、產物調控難的問題，解析關鍵反應中間體，研制具有特定幾何形貌和電子結構的電催化劑，助力污水中硝酸鹽的資源化。設計構建三維自支撐氧化銅陣列電極，利用氧化銅在還原電位下原位產生的堆疊缺陷，強化硝酸根吸附并抑制析氫副反應，提升硝酸鹽的轉化效率。進一步構建串聯催化劑，實現了較小能耗下硝酸鹽的還原。該電還原硝酸鹽工藝可與汽提工藝結合，以生產氯化銨肥料和高純度氨水溶液產品，實現氮素回收和再生水現場回用。
該研究初步揭示了電催化劑表面結構對硝酸鹽定向轉化的作用機制，為污水硝酸鹽的處理技術提供了新的視角，也為污水硝酸鹽污染控制的工藝設計和優化運行提供理論支持。相關研究成果發表在《Chemical Engineering Journal》和《Journal of Hazardous Materials》等環境領域重要學術期刊上。
上述工作得到國家自然科學基金重點項目、青年科學基金項目，中國科學院特別研究助理項目及重慶市面上項目等項目資助。
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https://doi.org/10.1016/j.cclet.2023.108864
https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.137341
https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2021.126628
氧化銅陣列電極產生堆疊缺陷高效還原硝酸鹽
構建原位反應裝置識別關鍵反應中間體并解析反應路徑