Synergistic Electrochemical-Catalytic Hybrid System in Pt|Nafion|Pt–Cu Assembly Reactor for Efficient Nitrate Reduction

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作者
Mohebul Ahsan,Md. A. Rashed,Jahir Ahmed,M. Faisal,Jari S. Algethami,Nayan Ranjan Singha,Farid A. Harraz,Mohammad A. Hasnat
出处
期刊:Russian Journal of Electrochemistry [Pleiades Publishing]
卷期号:61 (S1): S15-S26
标识
DOI:10.1134/s1023193525600324
摘要

To address the challenge regarding nitrate pollution from agriculture and industry, we developed a novel integrated system featuring a bimetallic membrane electrode assembly (Pt|Nafion|Pt–Cu) coupled with a suspended Pd–Cu/activated carbon (AC) catalyst for the nitrate reduction reaction (NRR) in low-conductivity media. This design leverages a synergistic mechanism, combining electrochemical reduction and catalytic hydrogenation for enhanced efficiency. The system demonstrated exceptional performance, achieving a high observed rate constant (kobs = 43.2 × 10−3 min−1) alongside superior product selectivity; notably low nitrite accumulation (15.8%) and high ammonia yield (63.3%) during batch electrolysis. This performance underscores the effectiveness of utilizing in situ electro-generated hydrogen, activated by the Pd–Cu/AC catalyst, in conjunction with Cu-surface modification for efficient and selective nitrate removal. Furthermore, the structural and chemical robustness of the electrode assembly was confirmed through comprehensive characterization via scanning electron microscopy (SEM), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), and powder X-ray diffraction (PXRD) pre- and post-electrolysis. This work presents a promising, sustainable strategy for water remediation and the recovery of valuable nitrogen products.
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