Enhanced reduction of nitrate by noble metal-free electrocatalysis on P doped three-dimensional Co3O4 cathode: Mechanism exploration from both experimental and DFT studies

电催化剂 贵金属 阴极 催化作用 硝酸盐 吸附 化学 无机化学 兴奋剂 材料科学 化学工程 电化学 电极 物理化学 光电子学 工程类 有机化学 生物化学
作者
Jianan Gao,Bo Jiang,Congcong Ni,Yuanfeng Qi,Xuejun Bi
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:382: 123034-123034 被引量:282
标识
DOI:10.1016/j.cej.2019.123034
摘要

Developing green, sustainable and economical materials for emerging electrochemical remediation of nitrate (NO3−) contaminant have attracted immense research interest. In this study, a cost-effective and stable three-dimensional P-doped Co3O4/nickel foam (NF) was prepared for electrocatalytic reduction of NO3− in water. The doping of P could replace the lattice oxygen in Co3O4 and lead to the enhancements in Co3+ percentage and empty d orbitals. As a result, the relative energy for Volmer reaction and the adsorption energy of atomic H* decreased to be −0.73 eV and −3.60 eV, respectively. Furthermore, the higher electrochemical active area and lower interface impedance of Co3O4 were attained after P doping. The P2.1-Co3O4/NF cathode outperformed Co3O4/NF in the NO3− reduction rate (8.45 times faster) and contribution of atomic H* (2.37 folds increase in the ratio). And almost 100% N2 selectivity can be obtained in the presence of 2500 mg L−1 chloride ions. Generally, this study provided a new paradigm for designing more practical non-metallic catalyst for NO3− reduction.
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