Selective Reduction of Aqueous Nitrate to Ammonium with an Electropolymerized Chromium Molecular Catalyst

化学 催化作用 水溶液 硝酸盐 硝酸铵 选择性催化还原 无机化学 还原(数学) 核化学 有机化学 几何学 数学
作者
Masood Askari,Jeremy Kallick,Charles C. L. McCrory
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:146 (11): 7439-7455
标识
DOI:10.1021/jacs.3c12783
摘要

Nitrate (NO3-) is a common nitrogen-containing contaminant in agricultural, industrial, and low-level nuclear wastewater that causes significant environmental damage. In this work, we report a bioinspired Cr-based molecular catalyst incorporated into a redox polymer that selectively and efficiently reduces aqueous NO3- to ammonium (NH4+), a desirable value-added fertilizer component and industrial precursor, at rates of ∼0.36 mmol NH4+ mgcat-1 h-1 with >90% Faradaic efficiency for NH4+. The NO3- reduction reaction occurs through a cascade catalysis mechanism involving the stepwise reduction of NO3- to NH4+ via observed NO2- and NH2OH intermediates. To our knowledge, this is one of the first examples of a molecular catalyst, homogeneous or heterogenized, that is reported to reduce aqueous NO3- to NH4+ with rates and Faradaic efficiencies comparable to those of state-of-the-art solid-state electrocatalysts. This work highlights a promising and previously unexplored area of electrocatalyst research using polymer-catalyst composites containing complexes with oxophilic transition metal active sites for electrochemical nitrate remediation with nutrient recovery.
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