環境學院朱超副教授在國際權威學術期刊《PNAS》發表最新研究成果

近期，我校環境科學與工程學院工業污染與環境健康團隊朱超副教授與中國科學院生態環境研究中心祝貴兵課題組攜手合作，在環境科學領域取得重大突破，成功開發出“可持續的環境硝酸鹽選擇性還原為銨技術”，相關研究成果公開發表在國際權威學術期刊《PNAS》（2024, 121, e2408187121）上，朱超副教授為共同通訊作者，本研究的核心數據均來自陜西科技大學在生態中心進行聯合培養的3名研究生共同作者的辛勤工作，他們的研究成果為整個項目的推進起到了關鍵作用，充分體現了陜西科技大學在該領域的貢獻。

氨作為重要的能源載體和農業化肥原料，其傳統合成方法哈伯工藝存在能耗高、碳排放量大的問題。與此同時，環境中硝酸鹽的積累因含氮肥料過度使用和工業廢水排放日益嚴重，對人體健康和生態系統構成威脅。電化學硝酸鹽還原制氨雖被視為綠色替代方案，但中性條件下的研究因界面硝酸根離子親和力弱、還原效率低而進展緩慢。在此背景下，聯合課題組受自然界Fe(II)離子啟發，提出固液界面原位調控策略。以羥基氧化鐵(FeOOH)為Fe源，通過電作用原位生成 Fe(II)離子層，顯著提高了硝酸鹽還原效率，在理論上對經典電化學雙電層模型中吸附理論進行了補充。

圖1高氨產率的新界面調控策略

基于水稻喜銨特性以及稻田灌溉水富含硝酸鹽的特點，課題組提出將稻田灌溉水中硝酸鹽轉化為銨以促進水稻氮吸收并替代部分化肥的策略。通過盆栽實驗驗證，該策略使水稻產量提高超20%，化肥使用量減少50%。課題組在前期研究基礎上，巧妙將單原子鐵催化劑嵌入電化學技術，實現了實際稻田灌溉水中硝酸鹽高選擇性（大于 90%）快速還原為銨。15N同位素示蹤技術進一步證實，超過80%的環境硝酸鹽氮素被水稻吸收利用。

圖2利用電化學技術將硝酸鹽轉化為銨的策略

此外，該技術有效阻止了水體中超過70%的硝酸鹽淋溶至地下水，相較于傳統尿素施肥，成本節約19%，收益提高27%。這一成果首次將電化學技術應用于農田灌溉水處理，是學科交叉研究的典范，為保障糧食安全與環境污染治理協同發展提供了新思路。

文章鏈接：

https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2408187121#core-collateral-metrics

（核稿：李成濤 編輯：趙誠）