Integrating Ozone Pollutant Elimination in N2 Electrolysis to Produce Nitrate with Reduced Reaction Steps

电催化剂 析氧 电解 电化学 硝酸盐 化学 反应机理 产量(工程) 无机化学 吸附 氧化还原 催化作用 材料科学 物理化学 有机化学 电极 电解质 冶金
作者
Yaodong Yu,Jiao Liu,Mingzi Sun,Jiani Han,Jingqi Chi,Bolong Huang,Jianping Lai,Lei Wang
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:20 (46): e2405918-e2405918 被引量:5
标识
DOI:10.1002/smll.202405918
摘要

Abstract The synthesis of nitrate by the electrochemical N2 oxidation reaction (NOR) is currently one of the most promising routes. However, the traditional generation of nitrate depends on the oxidation reaction between N2 and H2O (or ·OH), which involves complex reaction steps and intermediates, showing strong competition from oxygen evolution reaction (OER). Here, an effective NOR method is proposed to directly oxidize N2 by using O3 as a reactive oxygen source to reduce the reaction step. Electrochemical tests demonstrate that the nitrate yield of Pd‐Mn3O4/CNT electrocatalyst reaches the milligram level, which is the highest yield reported so far for electrocatalytic NOR. Quantitative characterization is employed to establish a comprehensive set of benchmarks to confirm the intrinsic nature of nitrogen activation and test the O3‐mediated reaction mechanism. Density functional theory (DFT) calculations show that the heterostructure Pd‐Mn3O4 leads to a strong adsorption preference for N2 and O3, which greatly reduces the activation energy barrier for N2. This accelerates the synthesis of nitrate based on the direct formation mechanism, which reduces energy barriers and the reaction steps, thus increasing the performance of electrocatalytic nitrate production. The techno‐economic analysis underscores the promising feasibility and sustainable economic value of the presented method.
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