Green synthesis of Fe-anchored N-doped biochar with highly active FeNx catalytic sites for electrochemical nitrate reduction

生物炭 电催化剂 催化作用 电化学 硝酸盐 化学 无机化学 核化学 有机化学 电极 热解 物理化学
作者
Shun‐Feng Jiang,Ziying Hu,Shuo Chen,Hong‐Chao Hao,Hong Jiang
出处
期刊:Journal of environmental chemical engineering [Elsevier BV]
卷期号:12 (1): 111915-111915 被引量:13
标识
DOI:10.1016/j.jece.2024.111915
摘要

Electrocatalytic nitrate reduction reaction is regarded as the promising method to mitigate nitrate pollution and produce ammonia, but cost-effective and efficient electrocatalysts are lacking. In this study, a low-cost Fe- anchored N-doped biochar (Fe-NBC) was synthesized from the N-rich wetland plant and used for electrocatalytic nitrate reduction reaction. At optimal conditions, Fe-NBC could achieve a maximum nitrate removal capacity of 1065 mg N/g Cat, a NH3 yield rate of 78.6 umol mgcat−1 h−1, a Faradaic efficiency of 75.3 %, and an energy consumption of 0.2073 kWh/g. The kinetics results showed that the reaction rate of Fe-NBC was 1.5 times of Fe-embedded biochar, and 3.5 times of bare N-doped biochar. Experimental results and characterizations demonstrated the pyridinic-N in the form of FeNx in Fe-NBCs enhance the electrocatalytic nitrate reduction performance by modulating the electronic properties of the Fe-NBCs surface. Furthermore, the Fe-NBC cathode exhibited an excellent stability due to the coverage of Fe species by deposited carbon during the pyrolysis process. This study deepens our understanding of the role of N species on electrocatalytic nitrate reduction and provides a green strategy for fabricating efficient electrocatalyst through waste biomass.
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