氯离子辅助脉冲电解动态重构铜电极实现高效硝酸盐还原及100%氮气选择性

这篇研究开创性地提出氯离子(Cl-)辅助的脉冲电解策略，通过动态重构铜(Cu)电极形成Cu2O，显著提升电化学硝酸盐还原反应(ENO3RR)效率。该技术突破性地实现84.3%硝酸盐转化率和100% N2选择性，同时阳极脉冲通过断点氯化反应将副产物NH4+氧化为N2，为水体脱氮提供了可持续解决方案。

　　

Highlight亮点发现

我们首次开发出氯辅助脉冲电解技术，实现铜电极原位动态重构为Cu₂O，为高效水体脱氮提供新方案。密度泛函理论(DFT)计算揭示了Cl^-存在下Cu电极转化为Cu₂O的分子机制。实验证实阳极脉冲期间通过形成亚铜氯配合物促使Cu₂O生成，这种"智能电极"在阴极脉冲时能促进原子氢(H*)产生，大幅加速硝酸盐还原。

Overcoming Cu overoxidation by chlorination 氯化解锁铜电极过氧化难题

在传统电解中，铜阳极易被羟基自由基过度氧化(图1a)。而无所不在的氯离子(Cl^-)能通过3d轨道捕获Cu的4s电子，形成抗氧化的氯化亚铜(图1b)。吉布斯自由能计算显示，Cl^-能将Cu₂O形成的能垒从1.38eV降至0.72eV，就像给电极穿上"防氧化铠甲"。这种氯介导的电极重构使Cu₂O含量提升3.2倍，让电极始终保持在最佳催化状态。

CRediT authorship contribution statement 作者贡献声明

Jialin Yang主导了概念设计、实验验证和论文撰写；Yumeng Zhao等参与结果讨论和文稿修订；Gang Liu和Mingxin Huo负责项目资助；Jaehong Kim等国际专家提供学术指导。这个跨国团队通过多学科协作，共同攻克了电化学脱氮领域的关键技术瓶颈。

Declaration of Competing Interest 利益声明

作者声明不存在可能影响本研究结果的财务或个人利益冲突，所有实验数据均真实可靠。这项纯粹的基础研究为全球水体修复提供了重要技术储备。

Acknowledgements 致谢

感谢中国国家自然科学基金(52270043)、国家重点研发计划(2023YFE0113800)和北京市自然科学基金(8242030)的资助支持，这些科研投入为环保技术创新提供了关键保障。