Dual‐Site W‐O‐CoP Catalysts for Active and Selective Nitrate Conversion to Ammonia in a Broad Concentration Window

氨 催化作用 硝酸盐 分解 氨生产 废水 无机化学 电化学 材料科学 产量(工程) 吸附 化学 环境工程 电极 有机化学 物理化学 工程类 冶金
作者
Ziwei Chang,Ge Meng,Yafeng Chen,Chang Chen,Shuhe Han,Ping Wu,Libo Zhu,Han Tian,Fantao Kong,Min Wang,Xiangzhi Cui,Jianlin Shi
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:35 (32): e2304508-e2304508 被引量:206
标识
DOI:10.1002/adma.202304508
摘要

Abstract Environmentally friendly electrochemical reduction of contaminated nitrate to ammonia (NO 3 − RR) is a promising solution for large quantity ammonia (NH 3 ) production, which, however, is a complex multi‐reaction process involving coordination between different reaction intermediates of nitrate reduction and water decomposition‐provided active hydrogen (H ads ) species. Here, a dual‐site catalyst of [W‐O] group‐doped CoP nanosheets (0.6W‐O‐CoP@NF) has been designed to synergistically catalyze the NO 3 − RR and water decomposition, especially the reactions between the intermediates of NO 3 − RR and water decomposition‐provided H ads species. This catalytic NO 3 − RR exhibits an extremely high NH 3 yield of 80.92 mg h −1 cm −2 and a Faradaic efficiency (FE) of 95.2% in 1 m KOH containing 0.1 m NO 3 − . Significantly, 0.6W‐O‐CoP@NF presents greatly enhanced NH 3 yield and FE in a wide NO 3 − concentration ranges of 0.001–0.1 m compared to the reported. The excellent NO 3 − RR performance is attributed to a synergistic catalytic effect between [W‐O] and CoP active sites, in which the doped [W‐O] group promotes the water decomposition to supply abundant H ads , and meanwhile modulates the electronic structure of Co for strengthened adsorption of H ads and the hydrogen (H 2 ) release prevention, resultantly facilitating the NO 3 − RR. Finally, a Zn‐NO 3 − battery has been assembled to simultaneously achieve three functions: electricity output, ammonia production, and nitrate treatment in wastewater.
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