利用光催化技术去除水体中的硝酸盐受到持续关注，其关乎饮用水安全和水生动植物健康。在常规的光催化还原硝酸盐过程中，通常需要另外加入大量的牺牲剂（主要是甲酸）来产生强还原性的二氧化碳自由基，才能克服NO3-还原必经的一步基元反应能垒[E0(NO3- /•NO32-) = -0.89 V vs. SHE]，实现硝酸根的转化。但是，大量使用牺牲剂会增加水处理成本，并产生二次污染。
针对这一问题，项目组开发了一种以富氧缺陷P25为基底、负载双金属的新型光催化剂（R-P25@Ag/Cu NPs），构建了一种新型无牺牲剂光催化体系。首先利用新型锂热还原技术在P25表面引入氧空位得到还原R-P25，显著提高光催化的效率。然后将双金属（Ag和Cu）纳米颗粒分步负载到R-P25表面，改善光生载流子的分离和利用；更重要的是，Ag和Cu纳米颗粒在局部表面等离子共振效应（LSPR）诱导下会产生高能热电子，足以克服初期基元反应的高能垒进而将NO3-还原为•NO32-。在氧空位和LSPR诱导热电子的协同作用下，R-P25@Ag/Cu在无牺牲剂体系中展现出较好的光催化还原硝酸盐性能，优化后的Li R-P25@Ag/Cu催化剂，取得93%的硝酸盐去除率和68%的氮气选择性。
上述研究是高冠道教授课题组与南京大学现代工程与应用科学学院鲁振达教授课题组的合作项目。研究成果以“Selective removal of nitrate via the synergistic effect of oxygen vacancies and plasmon-induced hot carriers”为题，近期被Chemical Engineering Journal正式接收。现代工程与应用科学学院博士生王超、环境学院硕士生董上上为论文共同第一作者，高冠道教授、鲁振达教授为论文通讯作者。研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金等资助。