环境学院朱超副教授在国际权威学术期刊《PNAS》发表最新研究成果

近期，我校环境科学与工程学院工业污染与环境健康团队朱超副教授与中国科学院生态环境研究中心祝贵兵课题组携手合作，在环境科学领域取得重大突破，成功开发出“可持续的环境硝酸盐选择性还原为铵技术”，相关研究成果公开发表在国际权威学术期刊《PNAS》（2024, 121, e2408187121）上，朱超副教授为共同通讯作者，本研究的核心数据均来自陕西科技大学在生态中心进行联合培养的3名研究生共同作者的辛勤工作，他们的研究成果为整个项目的推进起到了关键作用，充分体现了陕西科技大学在该领域的贡献。

氨作为重要的能源载体和农业化肥原料，其传统合成方法哈伯工艺存在能耗高、碳排放量大的问题。与此同时，环境中硝酸盐的积累因含氮肥料过度使用和工业废水排放日益严重，对人体健康和生态系统构成威胁。电化学硝酸盐还原制氨虽被视为绿色替代方案，但中性条件下的研究因界面硝酸根离子亲和力弱、还原效率低而进展缓慢。在此背景下，联合课题组受自然界Fe(II)离子启发，提出固液界面原位调控策略。以羟基氧化铁(FeOOH)为Fe源，通过电作用原位生成 Fe(II)离子层，显著提高了硝酸盐还原效率，在理论上对经典电化学双电层模型中吸附理论进行了补充。

图1高氨产率的新界面调控策略

基于水稻喜铵特性以及稻田灌溉水富含硝酸盐的特点，课题组提出将稻田灌溉水中硝酸盐转化为铵以促进水稻氮吸收并替代部分化肥的策略。通过盆栽实验验证，该策略使水稻产量提高超20%，化肥使用量减少50%。课题组在前期研究基础上，巧妙将单原子铁催化剂嵌入电化学技术，实现了实际稻田灌溉水中硝酸盐高选择性（大于 90%）快速还原为铵。15N同位素示踪技术进一步证实，超过80%的环境硝酸盐氮素被水稻吸收利用。

图2利用电化学技术将硝酸盐转化为铵的策略

此外，该技术有效阻止了水体中超过70%的硝酸盐淋溶至地下水，相较于传统尿素施肥，成本节约19%，收益提高27%。这一成果首次将电化学技术应用于农田灌溉水处理，是学科交叉研究的典范，为保障粮食安全与环境污染治理协同发展提供了新思路。

文章链接：

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

（核稿：李成涛 编辑：赵诚）