硝酸盐（NO₃⁻）含量较低废水的排放会导致环境污染，从而导致有害藻类生长。因此，需要开发有效的NO₃^-除去方法。然而，电化学方法在低反应物浓度下的传质较弱，导致完全去除NO₃^-的处理时间较长（约数小时）。近日， 耶鲁大学Menachem Elimelech、Lea R. Winter报道了用于超快低浓度硝酸盐电还原的单原子催化剂膜。

本文要点：

1) 作者合成了含有非贵金属单原子催化剂膜，其可增强NO₃⁻还原活性和选择性，从而实现了对超低浓度NO₃⁻的完全去除，并且停留时间仅为几秒（10 s）。通过将负载在N掺杂碳上的Cu单原子锚定在碳纳米管交织框架中，作者制备了具有高导电性、渗透性和柔韧性的独立碳质膜。

2) 该膜具有97%以上的NO₃^-去除率和86%的高N₂选择性，而这种高NO₃^-还原性归因于其在高分子碰撞频率下一氧化氮的更大吸附和传输，以及通过H₂解离平衡供应原子氢。该发现提供了一种应用包含单原子催化剂膜的范例，并提高NO₃^-还原的速率和选择性，从而实现高效的水净化。

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Xiaoxiong Wang et.al Free-standing membrane incorporating single-atom catalysts for ultrafast electroreduction of low-concentration nitrate PNAS 2023

DOI: 10.1073/pnas.2217703120

https://doi.org/10.1073/pnas.2217703120