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▲莱斯大学的铟钯纳米颗粒催化剂通过将有毒分子转化为空气和水来净化饮用水中的硝酸盐。
美国莱斯大学纳米技术先进水处理中心（NEWT）的工程师发现了一种催化剂，它可以将饮用水中的有毒硝酸盐转化为空气和水。该研究近日发表于《ACS催化》杂志。
“硝酸盐主要来自于农业径流，并会影响到世界各地的农业发展。”化学工程师Michael Wong说道，“硝酸盐既会引起环境问题，也会引起健康问题，因为它们有毒。使用离子交换过滤器可以把它们从水中去除，但过滤器需要每隔几个月清洗一次以便重新利用。当这种情况发生时，清洗设备的水正好把浓缩的硝酸盐带回到了水供应循环中。”
Wong的实验室专门从事开发能加速化学反应的纳米催化剂和亚微观的金属碎片。2013年，他的研究小组发现，附着有少量钯的微小黄金球可以分解比硝酸盐毒性更大的亚硝酸盐。“去除硝酸盐的最佳方法是通过催化过程将它们完全分解为氮和氧。在我们的研究中，则分解为氮气和水，因为我们在催化过程中添加了氢气。地球大气的75%以上是气态氮，所以我们真的把硝酸盐转化成了空气和水。”
Wong的团队从前期工作中发现，金钯纳米粒子不是分解硝酸盐的良好催化剂。联合作者Kim Heck通过对现有文献的查阅发现了另一种组合——铟和钯。Heck谈到：“于是我们对它进行了优化。我们发现，将铟覆盖约40%的钯球的表面能为我们提供最活跃的催化剂。这种催化剂比目前任何一种催化剂的效率都高出50%左右。我们并未就此止步，我们真的很有兴趣去理解它为什么会更好，为此我们不得不探究这种反应背后的化学作用。”
通过与普渡大学和休斯敦大学的化工工程同事Jeffrey Miller合作，他们发现铟加速了硝酸盐的分解，而钯使铟不被永久氧化。
“铟极易被氧化。从原位研究中发现，将催化剂暴露于含硝酸盐的溶液中会使铟氧化。但当我们加氢饱和水时，钯会促使一些氧与氢结合形成水，从而使铟保持在还原状态，可以自由分解更多的硝酸盐。”Wong说，他的团队将与工业合作伙伴和其他研究人员合作，将这一过程工业化。
科界原创
编译：Coke 审稿：西莫 编辑：张梦
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