Sulfur-Dopant-Promoted Electrocatalytic Reduction of Nitrate by a Self-Supported Iron Cathode: Selectivity, Stability, and Underlying Mechanism

掺杂剂 电化学 硝酸盐 硫黄 选择性 阴极 化学 吸附 无机化学 氧化还原 材料科学 电极 催化作用 兴奋剂 有机化学 物理化学 光电子学
作者
Kaifeng Wang,Ran Mao,Rui Liu,Juanjuan Zhang,Xu Zhao
出处
期刊:Applied Catalysis B-environmental [Elsevier BV]
卷期号:319: 121862-121862 被引量:51
标识
DOI:10.1016/j.apcatb.2022.121862
摘要

The electrocatalytic reduction of nitrate (NO3−) to ammonia (NH4+) and further oxidation to N2 via active chlorine is an effective method for denitrification. High activity, NH4+–N selectivity and long-term stability of a cathode are essential for the application. Herein, we reported a sulfur-modified Fe foam (FeSx @FF) cathode, which achieved high NO3−–N conversion (94.96%) and NH4+–N selectivity (82.29%) due to its enhanced electron transfer, atomic hydrogen (H*) generation, and adsorption of NO3−. Combined in-situ differential electrochemical mass spectrometry and theoretical calculations reveal that the ultrafast *NO3 reduction to *NO2 and low formation energy of *NO are crucial in reduction of *NO3 to *NH3. The FeS0.2 @FF cathode for realistic industrial wastewater (∼350 mg L−1 NO3−–N) treatment shows high TN removal (90.75%) and N2 selectivity (98.88%) with an ultralow electrical cost (∼0.22 kWh g−1N). This designed system has potential for efficient NO3− removal in the saline wastewater.
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