Efficient Electroreduction of Nitrate into Ammonia at Ultralow Concentrations Via an Enrichment Effect

材料科学 催化作用 可逆氢电极 硝酸盐 法拉第效率 电化学 无机化学 电催化剂 碳纤维 产量(工程) 纳米颗粒 电极 核化学 纳米技术 化学 工作电极 冶金 物理化学 有机化学 复合材料 复合数
作者
Zhimin Song,Yan Liu,Yongzhi Zhong,Qing Guo,Jie Zeng,Zhigang Geng
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:34 (36) 被引量:198
标识
DOI:10.1002/adma.202204306
摘要

The electroreduction of nitrate (NO3- ) pollutants to ammonia (NH3 ) offers an alternative approach for both wastewater treatment and NH3 synthesis. Numerous electrocatalysts have been reported for the electroreduction of NO3- to NH3 , but most of them demonstrate poor performance at ultralow NO3- concentrations. In this study, a Cu-based catalyst for electroreduction of NO3- at ultralow concentrations is developed by encapsulating Cu nanoparticles in a porous carbon framework (Cu@C). At -0.3 V vs reversible hydrogen electrode (RHE), Cu@C achieves Faradaic efficiency for NH3 of 72.0% with 1 × 10-3 m NO3- , which is 3.6 times higher than that of Cu nanoparticles. Notably, at -0.9 V vs RHE, the yield rate of NH3 for Cu@C is 469.5 µg h-1 cm-2 , which is the highest value reported for electrocatalysts with 1 × 10-3 m NO3- . An investigation of the mechanism reveals that NO3- can be concentrated owing to the enrichment effect of the porous carbon framework in Cu@C, thereby facilitating the mass transfer of NO3- for efficient electroreduction into NH3 at ultralow concentrations.
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