环境中的氮通过固氮作用、氨化作用、硝化作用和反硝化作用以各种化学物质的形式循环。其中，反硝化作用是将硝酸盐(NO3−)转化为无害的氮(N2)，并将氮返回到大气中的一个重要过程。硝酸盐 (NO3−) 被认为是导致富营养化的主要水生污染物之一。由于其稳定性和非吸附性，有效去除水中的硝酸盐一直是一个具有挑战性的问题。在许多用于去除水中NO3−的生物和物理化学方法（例如，反渗透、离子交换和（电）催化）中，使用负载在金属氧化物载体上的双金属物质（例如，Cu-Pd/Al2O3, Sn-Pd/Al2O3和 In-Pd/SiO2）的多相催化由于其对N2的选择性高、抑制副产物的生成和易于控制催化剂活性位点等优点而得到了广泛的研究。从工程的角度来看，理想的转化系统是将NO3−还原为N2，而不需要外部还原剂和产生不必要的副产品(如NO2−，NH4+)。在不使用化学还原剂的情况下，将硝酸根(NO3−)光化学转化为氮气(N2)是一种理想的解决方案，但很难实现。
有鉴于此，浦项科技大学Wonyong Choi教授等人，开发了一种混合光催化剂，在不添加外部电子供体的情况下，成功地将NO3−定量转化为N2，并几乎不会产生副产物，这是所知的第一个明确的太阳能直接反硝化示范。
本文要点
1）提出利用太阳能作为一种可持续控制氮污染的手段。通过开发由 TiO2、Cu-Pd 双金属和还原氧化石墨烯 (rGO) 组成的三元复合光催化剂(Cu-Pd/rGO/TiO2)，展示了太阳能反硝化（含 0.1-10 mM 硝酸盐）与原位水分解（无化学还原剂）相结合的成功案例。
2）通过在更宽的 pH 范围内使用由水分解产生的原位 H2，在 Cu-Pd/rGO/TiO2上直接将NO3−转化为 N2，实现了接近 100% 的转化率和对 N2 的选择性，而rGO/TiO2和Cu-Pd/TiO2则完全不可能。这种独特的活性归因于 Cu 作为硝酸盐到亚硝酸盐转化的助催化剂，Pd是亚硝酸盐转化为氮和产氢的助催化剂，以及rGO是增强电荷分离/转移和产氢的协同作用。
3）rGO 的引入即使在可见光（高达 450 nm）下也能进行反硝化，并且产N2的表观量子产率 (AQY) 在 320 nm 处达到最高 4.9%。
总之，该复合光催化体系通过硝酸还原和水氧化的耦合，实现了无化学还原剂反硝化（硝酸盐转化为N2）的选择性太阳能转换。
参考文献：
Shinbi Lee et al. Solar denitrification coupled with in situ water splitting. Energy Environ. Sci., 2021.
DOI: 10.1039/D1EE01342D
https://doi.org/10.1039/D1EE01342D
