含有硝酸盐（NO₃⁻）的废水排放即使在低浓度下也会破坏水生生态系统。然而，选择性和快速还原低浓度的NO₃⁻为氮气（N₂）在技术上具有挑战性。

在这里，耶鲁大学Jae-Hong Kim，清华深圳国际研究生院Xiaoxiong Wang提出了一种装有Sn对原子催化剂的带电膜（EM），用于在单程电过滤中将NO₃⁻高效还原为N₂。

文章要点

1）对原子设计有利于吸附的N中间体在相邻的Sn原子上耦合以增强N₂选择性，这对于传统的完全隔离的单原子催化剂设计来说是一个挑战。EM确保催化剂充分暴露并通过传质增强加强催化剂与NO₃⁻的相互作用，从而为N₂耦合提供更多的N中间体。

2）研究人员进一步开发了一种还原二氧化钛EM作为阳极来产生游离氯，以将残留氨（<1 mg-N L⁻¹）完全氧化为N₂。顺序阴极到阳极电过滤可实现近乎完全去除10 mg-N L⁻¹ NO₃⁻和~100%N₂选择性，水停留时间为秒级。

研究结果推进了用于NO₃⁻还原的单原子催化剂设计，并为低浓度NO₃⁻污染提供了实用的解决方案。

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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