High-performance red mud as an electrocatalyst for nitrate reduction toward ammonia synthesis

电催化剂 硝酸盐 氨生产 还原(数学) 化学 无机化学 赤泥 环境化学 电化学 有机化学 电极 数学 物理化学 几何学
作者
Qiannan Wang,Aaron S. Pittman,Yan Cao
出处
期刊:Chinese Journal of Chemical Engineering [Elsevier BV]
卷期号:77: 195-202 被引量:3
标识
DOI:10.1016/j.cjche.2024.09.027
摘要

Red mud (RM) is a solid waste generated in the aluminum industry after the extraction of alumina oxide; its multiple elements and higher pH value likely pose a severe threat to the environment after treatment. However, RM's higher concentrations of metal components, particularly Fe 2 O 3 and rare earth elements (REEs), render RM promising for catalytic application. Hence, this work showed an efficient high-speed RM to catalyze electrocatalytic nitrate-to-ammonia reduction reaction (NARR). RM calcined at 500 °C (RM-500) exhibited excellent catalytic performance. Faradaic efficiency of ammonia ( FE NH 3 ) in an electrolyte solution containing 1 mol·L − 1 NO 3 − achieved a maximum value of 92.3% at −0.8 V ( vs . RHE). Additionally, 24-h cycle testing and post-reaction PXRD and SEM indicated that the RM-500 electrocatalyst is stable during NARR. The RM-500 demonstrated a high FE of NH 3 -to-NO 3 − of 89.7% at 1.85 V ( vs . RHE), showing great potential in the ammonia fuel cells technology and achieving the nitrogen cycle. • Red Mud can be potentially prepared as an electrocatalyst for NARR. • The red mud-derived NARR electrocatalyst has excellent stability and high performance. • FE NH3 achieved as high as 92.6% at −0.8 V (vs. RHE) in 1 M NO 3 − . • FE NO3 (reverse NH 3 -to-NO 3 − ) achieved 89.7% at 1.85 V (vs. RHE).
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