硝酸盐污染是全球普遍关注的水环境问题之一。硝酸盐的无害化有两条途径：一是将硝酸盐还原为N2进入大气，但是有副产物N2O产生，造成氮损失同时增加温室气体排放；二是将硝酸盐还原为氨，虽然氨在水环境中是污染物，但在能源领域却是研究者青睐的重要零碳燃料和氢能载体，为发展绿色能源、实现“双碳目标”提供新的方案。
水污染过程与防治研究中心成员针对电化学还原硝酸盐反应效率低、产物调控难的问题，解析关键反应中间体，研制具有特定几何形貌和电子结构的电催化剂，助力污水中硝酸盐的资源化。设计构建三维自支撑氧化铜阵列电极，利用氧化铜在还原电位下原位产生的堆叠缺陷，强化硝酸根吸附并抑制析氢副反应，提升硝酸盐的转化效率。进一步构建串联催化剂，实现了较小能耗下硝酸盐的还原。该电还原硝酸盐工艺可与汽提工艺结合，以生产氯化铵肥料和高纯度氨水溶液产品，实现氮素回收和再生水现场回用。
该研究初步揭示了电催化剂表面结构对硝酸盐定向转化的作用机制，为污水硝酸盐的处理技术提供了新的视角，也为污水硝酸盐污染控制的工艺设计和优化运行提供理论支持。相关研究成果发表在《Chemical Engineering Journal》和《Journal of Hazardous Materials》等环境领域重要学术期刊上。
上述工作得到国家自然科学基金重点项目、青年科学基金项目，中国科学院特别研究助理项目及重庆市面上项目等项目资助。
相关论文链接：
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
氧化铜阵列电极产生堆叠缺陷高效还原硝酸盐
构建原位反应装置识别关键反应中间体并解析反应路径