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

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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。
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
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
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%)。
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
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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