pH‐Dependent Electroreduction of Nitrate on Fe Single‐Atom Catalyst

催化作用 化学 电解质 电化学 法拉第效率 硝酸盐 无机化学 密度泛函理论 反硝化 选择性 电催化剂 物理化学 计算化学 氮气 电极 有机化学
作者
Zhen Meng,Adyasa Priyadarsini,Kaige Shi,Zhuanghe Ren,Deepak Prasad Subedi,Daniel W. Israel,William E. Kaden,Xiaofeng Feng,Shyam Kattel
出处
期刊:Chemsuschem [Wiley]
卷期号:18 (19): e202500717-e202500717 被引量:2
标识
DOI:10.1002/cssc.202500717
摘要

Electrochemical nitrate reduction reaction (NO3RR) has received considerable attention due to its potential for the denitrification of wastewater and sustainable NH3 production. Among various catalysts for NO3RR, Fe-N-C single-atom catalyst has attracted significant interest due to its well-defined active sites and high stability across various media. Here, we investigate the pH dependence of NO3RR on Fe-N-C by combining experiments and density functional theory (DFT) calculations. The Fe-N-C catalyst achieves high activity and >80% Faradaic efficiency for NH3 production in the NO3RR across acidic, neutral, and alkaline electrolytes, while the hydrogen evolution reaction (HER) exhibits the strongest competition with NO3RR in alkaline electrolyte. DFT calculations identify the NHO*-mediated pathway as the most favorable for NO3RR on Fe-N-C and further reveal the pH dependence of the potential-determining steps for both NO3RR and HER, elucidating the origin of the pH-dependent selectivity. Our studies provide new mechanistic insights into the NO3RR on single-atom catalysts and guide the design of broad pH-range electrocatalysts for efficient and versatile nitrate recycling.
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