近日,同济大学赵国华教授团队采用2D磷烯作为配体,在其表面锚定高密度PdCu双原子,形成独特的PdCuP4配位结构,并首次将其应用于水体中的硝酸盐还原,实现了N≡N成键完全脱氮。该研究从原子尺度层面阐明了双原子PdCu在硝酸盐还原为氮气反应中的催化作用机制,为发展新型废水脱氮技术奠定了基础。
原位红外和原位电化学质谱清晰地呈现了由硝酸盐还原到氮气多步催化反应的微观过程,阐明了在光电阴极上NO3–还原为N2可能的反应机理。NO3–还原成N2的过程遵循*NO3– → *NO2–→ *NO → *N → *N2,而非*NO3–→ *NO2– → *NO → *N2O → *N2的反应路径。结合密度泛函理论(DFT)计算,模拟了NO3–和中间体在Cu、Pd和PdCu催化中心上的吸附过程。PdCuP4配位结构可有效降低反应物的吸附、活化以及离子扩散的多步能垒,从而获得了优异的硝酸盐去除率和N≡N成键的高选择性。实验结果表明,NO3–去除率为96.3%,N2选择性为95.2%。
Jie Sun, Hanxue Yang, Weiqi Gao, Tongcheng Cao, and Guohua Zhao
Angewandte Chemie International Edition
DOI: 10.1002/anie.202211373