【摘要】
透過氫原子（H*）路徑將硝酸鹽電催化還原為N2是一種很有前途的水處理方法。然而，較慢的傳質速率和H*產生-利用效率的不匹配，阻礙了還原速率和N2選擇性。基於此，作者報道了一種高的H*供應效能的開放框架陰極，並透過電子自旋共振(ESR)和迴圈伏安(CV)測試進行了驗證。由於其豐富的通道，NO3-有更大的機率被有效地轉移到Co活性位點附近。由於強化的傳質和按需提供的H*，該陰極的硝酸鹽去除率和N2選擇性分別達到100%和97.89%，優於貴金屬基電極。此外，原位微分電化學質譜表明，在NO3-還原過程中，*NO2到*NO的超快還原和*NO到*N2O或*N的高選擇性轉化起著至關重要的作用。此外，該電化學體系在不新增Cl-的情況下具有顯著的N2選擇性，避免了常規電化學硝酸鹽還原過程中常見的氯化副產物的生成。環保、節能和可忽略的副產物釋放等優點增加了其在硝酸鹽修復中的實用性。
【背景】
工業水中的硝酸鹽汙染由於其毒性和潛在致癌性對健康構成重大威脅。在各種硝酸鹽去除技術中，電化學硝酸鹽還原工藝由於化學投入少、無濃鹽水排放、操作條件溫和，是最有前途的地下水和微汙染地表水淨化方法之一。由於直接電子轉移路徑通常需要較高的過電位，原子氫(H*)介導的間接電化學硝酸鹽還原比直接電子轉移更有效、更節能。
【擬解決的關鍵科學問題】
1.傳質過程受限；
2.氫原子產生和消耗過程的不匹配，導致反應動力學慢和選擇性低；
【思路】
1. 加速傳質；
2. 氫原子按需提供以提高N2選擇性；
作者提出利用高孔隙率和可調金屬中心的普魯士藍類似物作為框架陰極，以促進硝酸鹽傳質過程，同時富電子鈷位點產生所需的氫原子，以實現選擇性N2生成。
【主要研究內容】
（1）製備具有富電子鈷位點的開放骨架結構；
（2）透過電子自旋共振(ESR)和迴圈伏安(CV)測試驗證H*的生成；
（3）研究該陰極用於硝酸鹽還原的可行性；
（4）透過原位微分電化學質譜分析探索硝酸鹽還原途徑；
(5) 分析該電催化系統與傳統的活性氯介導法相比，在實際水中進行硝酸鹽修復的環境和經濟效益；
【一點思考】
1.儘管上述工作，實現了高選擇性還原硝酸鹽產N2，但是需要12小時才能徹底轉化硝酸鹽（50mg/L)，其反應動力學有待進一步提高;
2.反應過程中產生的NH4+是如何進一步去除的，陽極氧化？或者其他？
3. 鈷位點的電子結構是如何調控原子氫的生成的，其原理是什麼？隨電子結構改變生成速率如何變化？
4. 原子氫的生成速率和選擇性之間的關係，仍有待進一步研究和探索。
5. 鈷位點的電子結構和選擇性之間的構效關係還不清楚。
