Bypassing Hydrogenation Pathway for Sustainable Nitrate Water Remediation via Direct N─N Coupling

化学 催化作用 甲酸 双金属片 电子转移 密度泛函理论 吸附 选择性 联轴节(管道) 石墨烯 硝酸盐 无机化学 光化学 氨生产 氮气 环境修复 化学工程 多相催化 解吸 地下水修复 选择性还原
作者
Weixing Zhang,Yancai Yao,Yuqing Hu,Jintong Lan,Furong Guo,Xiaoyi Zhang,Shengjiang Zhang,Lizhi Zhang
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:: e7025421-e7025421
标识
DOI:10.1002/anie.7025421
摘要

Catalytic nitrate (NO3 -) reduction (CNR) to dinitrogen (N2) offers an efficient strategy for remediating nitrogen pollution but is constrained by preferred ammonia (NH3) formation. This selectivity challenge arises because hydrogen atom (H*)-mediated pathway inherently favors N─H coupling over the desired N─N coupling. Here, we report a formic acid (HCOOH)-driven proton-coupled electron transfer (PCET) pathway on a precisely engineered Sn3/Pd catalyst. The catalyst design features a synergistic bimetallic interface where Pd sites facilitate HCOOH activation while triangular Sn3 ensembles selectively adsorb NO3 -. This direct PCET from HCOOH to NO3 - achieved a remarkable 96.5% NO3 - removal and 97.4% N2 selectivity at environmentally relevant concentrations (100 mg-N/L). Operando mass spectrometry and density functional theory (DFT) calculations reveal that Sn3 ensembles thermodynamically favored N─N coupling while also acting as a steric barrier that kinetically impedes H* migration to adsorbed N* intermediates, effectively suppressing NH3 formation. Furthermore, by integrating the CNR process with electro-synthesized HCOOH, we demonstrated a synergistic technology that slashed the carbon footprint of wastewater treatment by 43.3%, decreasing from 33.50 kg CO2-eq t-1 to 19.01 kg CO2-eq t-1. Our work establishes atomic ensemble engineering as a powerful strategy to steer catalytic pathway through PCET, offering a viable solution for sustainable NO3 - removal.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
丘比特应助Jker采纳,获得10
刚刚
ddd关闭了ddd文献求助
1秒前
威武鸡柳完成签到 ,获得积分10
1秒前
XSM发布了新的文献求助10
2秒前
钻石好友发布了新的文献求助30
3秒前
3秒前
4秒前
4秒前
5秒前
林2完成签到,获得积分10
5秒前
逆天发布了新的文献求助10
6秒前
科目三应助xuerui采纳,获得10
6秒前
6秒前
7秒前
小小k完成签到,获得积分10
9秒前
阿欢发布了新的文献求助10
10秒前
10秒前
江枫发布了新的文献求助10
10秒前
11秒前
钻石好友完成签到,获得积分10
11秒前
Yibin2003完成签到,获得积分20
11秒前
11秒前
怪僻完成签到,获得积分10
12秒前
Weaver_312完成签到,获得积分10
12秒前
年轻的绮烟完成签到 ,获得积分10
14秒前
14秒前
急急急寄完成签到,获得积分10
15秒前
vv完成签到,获得积分10
15秒前
魏青瑜完成签到,获得积分10
16秒前
wssy发布了新的文献求助10
17秒前
蓝天应助bohuer采纳,获得10
17秒前
CY完成签到,获得积分10
19秒前
LMNg6n应助Yibin2003采纳,获得30
19秒前
TitoLi发布了新的文献求助10
21秒前
五月完成签到,获得积分10
22秒前
山林从不向四季起誓完成签到 ,获得积分10
22秒前
23秒前
kaka完成签到 ,获得积分20
23秒前
23秒前
Orange应助lw采纳,获得50
25秒前
高分求助中
Psychopathic Traits and Quality of Prison Life 1000
Chemistry and Physics of Carbon Volume 18 800
The formation of Australian attitudes towards China, 1918-1941 660
Signals, Systems, and Signal Processing 610
天津市智库成果选编 600
Forced degradation and stability indicating LC method for Letrozole: A stress testing guide 500
全相对论原子结构与含时波包动力学的理论研究--清华大学 500
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 工程类 有机化学 化学工程 生物化学 计算机科学 物理 内科学 复合材料 催化作用 物理化学 光电子学 电极 细胞生物学 基因 无机化学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 6451523
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 8263394
关于积分的说明 17607968
捐赠科研通 5516296
什么是DOI,文献DOI怎么找? 2903709
邀请新用户注册赠送积分活动 1880647
关于科研通互助平台的介绍 1722662