Tuning the d-band centers of bimetallic FeNi catalysts derived from layered double hydroxides for selective electrocatalytic reduction of nitrates

双金属片 阴极 催化作用 材料科学 电化学 硝酸盐 流出物 化学工程 吸附 废水 无机化学 耐久性 化学 电极 复合材料 环境工程 环境科学 有机化学 工程类 物理化学
作者
Xi Ma,Jiapeng Zhong,Weiming Huang,Rongyue Wang,Sihe Li,Zhenyu Zhou,Chuanhao Li
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier]
卷期号:474: 145721-145721 被引量:11
标识
DOI:10.1016/j.cej.2023.145721
摘要

Electrochemical cathode with high activity and durability is crucial for the treatment of nitrate-polluted water bodies. Herein, we developed an approach to grow the bimetallic FeNi catalyst derived from layered double hydroxides (FeNi LDM) on carbon cloth as the cathode for efficient electrocatalytic nitrate-N (NO3−-N) reduction. Through tuning the d-band centers of the bimetallic catalysts, the FeNi LDM cathode achieved an optimal nitrate removal rate of 98% with a reaction rate up to 1.4 h−1 and a nitrogen (N2) selectivity of 100% in 3 h at an initial NO3−-N concentration of 30 ppm and 250 ppm NaCl. Electrochemical measurements demonstrated that the electrical conductivity of FeNi LDM was improved due to the synergistic effects of the bimetallic composition. Density function theory (DFT) calculations showed that the alloying of Fe and Ni could adjust the d-band centers of FeNi LDM, facilitating the balance of adsorption and desorption of intermediates and resulting in a rapid conversion of nitrate. And FeNi LDM showed the superior operational durability over five consecutive cycle tests. Additionally, the FeNi LDM catalyst was capable of treating the high-concentration effluent (500 ppm NO3−-N) with a NO3−-N removal efficiency of 95% within 5 h at a current utilization efficiency (η) of 81%. Most importantly, the catalytic system maintained the superior performance towards treating with real industrial wastewater (effluent of a coking wastewater treatment plant), indicating the great potentials for real applications.

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