Synthesis of self-renewing Fe(0)-dispersed ordered mesoporous carbon for electrocatalytic reduction of nitrates to nitrogen

无机化学 水溶液 电催化剂 化学 介孔材料 碳纤维 离子液体 可逆氢电极 电解 试剂 电化学 催化作用 材料科学 电极 电解质 有机化学 工作电极 复合材料 物理化学 复合数
作者
Xiaoning Liu,Yicong Wang,Richard L. Smith,Le Liu,Xinhua Qi
出处
期刊:Science of The Total Environment [Elsevier BV]
卷期号:836: 155640-155640 被引量:34
标识
DOI:10.1016/j.scitotenv.2022.155640
摘要

In electrocatalytic reduction of nitrates to nitrogen, key issues are electrode activity, sustainable materials, preparation methods and cost. Herein, lignin, Fe3+ ion, and non-ionic surfactant were combined with evaporation-induced self-assembly (EISA) to prepare zero-valent Fe-dispersed ordered mesoporous carbon (OMC) electrode materials denoted as Fe#OMC. The method developed for preparing Fe-coordinated OMC material avoids the use of toxic phenols, aldehyde reagents and metal doping compounds. When synthesized Fe#OMC samples were applied as electrode materials for the electrocatalytic reduction of nitrate in aqueous solutions, maximum nitrate nitrogen removal was as high as 5373 mg N·g-1 Fe from aqueous solutions containing 400 mg·L-1 NO3--N, while nitrogen selectivity was close to 100%, exceeding catalytic performance of comparable materials. Active hydrogen produced by electrolysis of water during the reaction re-reduced Fe ions formed in the OMC material and stabilized Fe#OMC electrode performance and recycle. The Fe#OMC electrode is self-renewing with respect to its Fe zero-valent state, is simple to prepare from sustainable materials and is effective for electrocatalytic reduction of nitrate or nitrogen-containing compounds in water.
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