Balancing Hydrogen Evolution and Hydrogenation Reaction via Facet Engineering for Efficient Conversion of Nitrate to Ammonia in Actual Wastewater

硝酸盐 废水 面(心理学) 氨生产 化学 材料科学 无机化学 环境科学 环境工程 有机化学 心理学 社会心理学 人格 五大性格特征
作者
Wenye Zhong,Yan Chen,Peiyan Chen,Qiaowen Chen,Chunzhen Yang,Nian Zhang,Xueming Liu,Zhang Lin
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:64 (19): e202503117-e202503117 被引量:65
标识
DOI:10.1002/anie.202503117
摘要

Abstract Due to the competitive relationship between nitrate reduction reaction (NO 3 − RR) and hydrogen evolution reaction (HER), the conventional approach to improve Faradaic efficiency is to select a catalyst without HER activity. Nevertheless, such a strategy not only limits the application of HER catalysts in NO 3 − RR, but also causes insufficient hydrogen source, thereby sacrificing ammonia yield rate. We believe that HER catalysts should not be excluded from hydrogenation reduction. Herein, taking traditional water electrolysis material Co 3 O 4 as model system, we reveal that the oxygen vacancies on crystal facet can greatly promote water dissociation and capture HER intermediate for NO 3 − RR, successfully shifting the reaction pathway from hydrogen evolution to nitrate hydrogenation. Beyond material development, we construct a hybrid reactor and achieve an ammonia recovery rate of 1216.8 g‐N m −2 d −1 in nuclear industry wastewater with ultra‐high nitrate concentration. This study breaks through the limitation of HER catalyst in NO 3 − RR, which provides a significant insight into the catalyst designing and hydrogenation mechanism.
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