Highly selective nitrate reduction to ammonia on CoO/Cu foam via constructing interfacial electric field to tune adsorption of reactants

吸附 电化学 硝酸盐 电极 材料科学 选择性 X射线光电子能谱 无机化学 价(化学) 化学 分析化学(期刊) 化学工程 催化作用 物理化学 环境化学 有机化学 工程类 生物化学
作者
Wenyang Fu,Yingying Du,Jiana Jing,Chunhong Fu,Minghua Zhou
出处
期刊:Applied Catalysis B-environmental [Elsevier BV]
卷期号:324: 122201-122201 被引量:85
标识
DOI:10.1016/j.apcatb.2022.122201
摘要

Electrochemical reduction of nitrate to ammonia (ERNA) is a new process to recycle nitrogen resource from nitrate polluted wastewater. Nevertheless, how to optimize active sites on electrode to improve activity is a key challenge. Here, we proposed that building interfacial electric field could enhance ERNA. XPS analysis, DFT calculations and in-situ electrochemical measurements confirmed that high Fermi level of Cu (1.09 eV) and low valence band maximum of CoO (−0.23 eV) formed interfacial electric field in CoO/Cu electrode to transfer electron from Cu to CoO, resulting in positively charged Cu (+0.01 eV) increase nitrate adsorption, whereas negatively charged CoO (−0.007 eV) decrease NO adsorption, improving removal and selectivity greatly for boosting ERNA. Eventually, CoO/Cu foam (Co/Cu ratio of 3.05) achieved the highest ammonia yield of 4.3 mg cm−2 h−1 with faradic efficiency of 96.7 %, surpassing Cu foam (1.2 mg cm−2 h−1) and CoO/Ni foam (1.3 mg cm−2 h−1) electrodes.
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