Highly Selective Electrochemical Nitrate to Ammonia Conversion by Dispersed Ru in a Multielement Alloy Catalyst

催化作用 双金属片 电化学 硝酸盐 无机化学 反应性(心理学) 化学 法拉第效率 合金 化学工程 选择性 选择性催化还原 电极 有机化学 物理化学 替代医学 病理 工程类 医学
作者
Meiqi Yang,Boyang Li,Shuke Li,Qi Dong,Zhennan Huang,Sunxiang Zheng,Ying Fang,Guangye Zhou,Xi Chen,Xiaobo Zhu,Tangyuan Li,Miaofang Chi,Guofeng Wang,Liangbing Hu,Zhiyong Jason Ren
出处
期刊:Nano Letters [American Chemical Society]
卷期号:23 (16): 7733-7742 被引量:58
标识
DOI:10.1021/acs.nanolett.3c01978
摘要

Electrochemical reduction of nitrate to ammonia (NH3) converts an environmental pollutant to a critical nutrient. However, current electrochemical nitrate reduction operations based on monometallic and bimetallic catalysts are limited in NH3 selectivity and catalyst stability, especially in acidic environments. Meanwhile, catalysts with dispersed active sites generally exhibit a higher atomic utilization and distinct activity. Herein, we report a multielement alloy nanoparticle catalyst with dispersed Ru (Ru-MEA) with other synergistic components (Cu, Pd, Pt). Density functional theory elucidated the synergy effect of Ru-MEA than Ru, where a better reactivity (NH3 partial current density of -50.8 mA cm-2) and high NH3 faradaic efficiency (93.5%) is achieved in industrially relevant acidic wastewater. In addition, the Ru-MEA catalyst showed good stability (e.g., 19.0% decay in FENH3 in three hours). This work provides a potential systematic and efficient catalyst discovery process that integrates a data-guided catalyst design and novel catalyst synthesis for a range of applications.
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