Self‐Supported Pd Nanorod Arrays for High‐Efficient Nitrate Electroreduction to Ammonia

纳米棒 催化作用 材料科学 吸附 产量(工程) 硝酸盐 化学工程 可逆氢电极 电化学 法拉第效率 无机化学 氨生产 电极 化学 纳米技术 有机化学 工作电极 冶金 物理化学 工程类
作者
Heng Guo,Mengyue Li,Yuantao Yang,Rui Luo,Wei Liu,Fengying Zhang,Chun Tang,Guidong Yang,Ying Zhou
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:19 (10) 被引量:23
标识
DOI:10.1002/smll.202207743
摘要

Electrochemical nitrate (NO3- ) reduction to ammonia (NH3 ) offers a promising pathway to recover NO3- pollutants from industrial wastewater that can balance the nitrogen cycle and sustainable green NH3 production. However, the efficiency of electrocatalytic NO3- reduction to NH3 synthesis remains low for most of electrocatalysts due to complex reaction processes and severe hydrogen precipitation reaction. Herein, high performance of nitrate reduction reaction (NO3- RR) is demonstrated on self-supported Pd nanorod arrays in porous nickel framework foam (Pd/NF). It provides a lot of active sites for H* adsorption and NO3- activation leading to a remarkable NH3 yield rate of 1.52 mmol cm-2 h-1 and a Faradaic efficiency of 78% at -1.4 V versus RHE. Notably, it maintains a high NH3 yield rate over 50 cycles in 25 h showing good stability. Remarkably, large-area Pd/NF electrode (25 cm2 ) shows a NH3 yield of 174.25 mg h-1 , be promising candidate for large-area device for industrial application. In situ FTIR spectroscopy and density functional theory calculations analysis confirm that the enrichment effect of Pd nanorods encourages the adsorption of H species for ammonia synthesis following a hydrogenation mechanism. This work brings a useful strategy for designing NO3- RR catalysts of nanorod arrays with customizable compositions.
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