Boron-iron nanochains for selective electrocatalytic reduction of nitrate

催化作用 电催化剂 化学 无机化学 电解质 硝酸盐 选择性 贵金属 氧化还原 电化学 氯化物 电极 有机化学 物理化学
作者
Fanfan Ni,Yuanyuan Ma,Junliang Chen,Wei Luo,Jianping Yang
出处
期刊:Chinese Chemical Letters [Elsevier BV]
卷期号:32 (6): 2073-2078 被引量:63
标识
DOI:10.1016/j.cclet.2021.03.042
摘要

The electrocatalysis of nitrate reduction reaction (NRR) has been considered to be a promising nitrate removal technology. Developing a highly effective iron-based electrocatalyst is an essential challenge for NRR. Herein, boron-iron nanochains (B-Fe NCs) as efficient NRR catalysts were prepared via a facile low-cost and scalable method. The Fe/B ratio of the B-Fe NCs-x can be elaborately adjusted to optimize the NRR catalytic performance. Due to the electron transfer from boron to metal, the metal-metal bonds are weakened and the electron density near the metal atom centers are rearranged, which are favor of the conversion from NO3− into N2. Moreover, the well-crosslinked chain-like architectures benefit the mass/electron transport to boost the exposure of abundant catalytic active sites. Laboratory experiments demonstrated that the optimized B-Fe NCs catalyst exhibits superior intrinsic electrocatalytic NRR activity of high nitrate conversion (∼80%), ultrahigh nitrogen selectivity (∼99%) and excellent long-term reactivity in the mixed electrolyte system (0.02 mol/L NaCl and 0.02 mol/L Na2SO4 mixed electrolyte), and the electrocatalytic activity of the material shows poor performance at low chloride ion concentration (Nitrate conversion of ∼61% and nitrogen selectivity of ∼57% in 0.005 mol/L NaCl and 0.035 mol/L Na2SO4 mixed electrolyte). This study provides a broad application prospect for further exploring the high-efficiency and low-cost iron-based functional nanostructures for electrocatalytic nitrate reduction.
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