双配位Cu(I)位点锚定Ti3C2Tx MXene实现低浓度硝酸盐高效转化氨氮：迈向可持续农业的"废转宝"新策略

研究人员通过原位自还原策略，在Ti3C2Tx MXene表面构建双Cu+活性位点，成功开发出高效电催化硝酸盐还原体系。该催化剂在中性条件下（100 mg L?1 NO3?）实现97.6%去除率与94.7%氨选择性，结合氢溢流效应显著降低*NO加氢能垒，并验证了电催化-水培联用系统的农业应用潜力。

　　

这项突破性研究巧妙地在二维过渡金属碳化物（Ti₃C₂T_x MXene）表面构筑了双配位铜活性中心，通过表面-O和-Cl官能团的协同作用稳定Cu⁺位点。这种独特的结构设计使得催化剂在模拟废水（100 ppm NO₃^?）中展现出近乎完美的净化性能——在-0.8 V（vs RHE）电位下，硝酸盐去除率高达97.6%，同时氨氮选择性达到94.7%。

原位拉曼光谱（in situ Raman）和在线微分电化学质谱（DEMS）揭示了一个有趣的机制：MXene基底不仅作为导电载体，更通过促进氢溢流（hydrogen-spillover）显著加速水分子解离，产生大量活性氢物种。量子化学计算证实，这种"双管齐下"的作用使关键中间体*NO的加氢能垒大幅降低，成功突破了传统铜基催化剂的速率限制步骤。

研究团队进一步构建了电催化-水培联用系统，将含硝酸盐废水转化为可直接用于小麦栽培的液态肥。这种"变废为宝"的策略为发展循环农业提供了新思路，通过电化学手段实现废水增值利用，有望缓解传统合成氨工艺的高能耗问题，为可持续氮循环管理开辟了新路径。