吕晓书Chem. Eng. J.: 纳米零价铁(nFe0)的系统还原硝酸盐：增强N2形成机制、反应途径和策略

在纳米级零价铁基纳米粒子(nFe⁰粒子)上去除硝酸盐(NO₃^–)是一种用于减少硝酸盐污染的高效绿色技术，但其对N₂的低选择性阻碍该技术的发展和应用。

重庆工商大学吕晓书团队证明了在N₂生产中nFe⁰的较差性能源于其与H*和N-中间体N*的过强亲和力，导致N*在Fe表面上有利于形成NH₃而不是N₂。

增加NO₃^–进料浓度或降低nFe⁰剂量可以将N²选择性提高至41.9%(相比之下，单个nFe⁰在去除20 mg L^-1 NO₃^–-N时为19.3%)，但必须牺牲NO₃^–去除效率并产生更多有毒的NO₂^–。

此外，研究人员还通过用金属Pd或Cu进行部分表面原子置换来修饰nFe⁰以调节对中间体的结合强度。由12.0 wt%钯(Pd)进行表面改性的nFe⁰，其具有46%的N₂选择性和高于90%的NO₃^–去除效率(对比单个nFe⁰的100%)。

密度泛函理论(DFT)计算表明，在Pd上发生N*-N*偶联或N*的氢化比Fe在能量上更有优势，提高了Pd@Fe表面上NO₃^–还原为N₂选择性。

该文揭示了Pd在减弱H*和N*在催化剂上的结合强度方面的关键作用，它能够减少H*吸附并促进N*的迁移，从而增加N*-N*偶联形成N₂的可能性。表面化学与NO₃^–转化之间的这种相关性可以指导用于实际硝酸盐修复的基于Fe⁰的材料的设计和改进。

Nitrate Reduction by Nanoscale Zero Valent Iron (nFe⁰)-based Systems: Mechanism, Reaction Pathway and Strategy for Enhanced N₂ Formation. Chemical Engineering Journal, 2021. DOI: 10.1016/j.cej.2021.133133

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