Tandem Catalysis Enables High‐Rate Nitrate Electroreduction via Interfacial Water Regulation

硝酸盐 催化作用 化学 无机化学 串联 亚硝酸盐 氧化剂 零价铁 选择性 硫黄 废水 氮气 氧化还原 选择性催化还原 纳米颗粒 化学工程 水处理
作者
Ziyang Wu,Zhangsheng Shi,Fengting Xie,Sen Wang,Wei Li,Jianping Yang
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:38 (19): e72651-e72651 被引量:4
标识
DOI:10.1002/adma.72651
摘要

ABSTRACT The electrocatalytic nitrate reduction (NO 3 RR) for rapid nitrate removal offers a sustainable wastewater treatment pathway, but suffers from low activity for practical applications. Herein, we synthesize a tandem catalyst with silver (Ag) nanoparticles implanted in iron phosphide (FeP) nanosheets, demonstrating a remarkable nitrate removal rate of 16.67 mg N L −1 h −1 (98% NO 3 − ‐N conversion and 99% N 2 selectivity via a coupled electro‐chemical pathway) and up to 40 cycles of electrocatalytic stability (6 h per cycle). Mechanistic study by a series of in situ experiments reveals a decoupling and tandem catalytic mechanism for achieving high‐rate activity: the favorable nitrate reduction to nitrite on Ag nanoparticles, and the subsequent accelerated interfacial water activation with elevated local * H concentration on FeP nanosheets. Leveraging this tandem catalyst design, we further develop a paired‐electrolysis flow‐cell reactor integrating NO 3 RR with sulfion oxidation. This system co‐valorizes both contaminants by oxidizing sulfion to elemental sulfur while reducing nitrate to N 2 , achieving an enhanced nitrogen removal rate of ∼ 31.7 mg N L −1 h −1 .
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