Spin polarized Fe1−Ti pairs for highly efficient electroreduction nitrate to ammonia

电化学 氨生产 电解 材料科学 硝酸盐 法拉第效率 无机化学 极化(电化学) 电极 化学 物理化学 有机化学 电解质
作者
Jie Dai,Yawen Tong,Long Zhao,Zhiwei Hu,Chien‐Te Chen,Chang‐Yang Kuo,Guangming Zhan,Jiaxian Wang,Xingyue Zou,Qian Zheng,Wei Hou,Ruizhao Wang,Kaiyuan Wang,Rui Zhao,Xiang‐Kui Gu,Yancai Yao,Lizhi Zhang
出处
期刊:Nature Communications [Springer Nature]
卷期号:15 (1) 被引量:47
标识
DOI:10.1038/s41467-023-44469-4
摘要

Abstract Electrochemical nitrate reduction to ammonia offers an attractive solution to environmental sustainability and clean energy production but suffers from the sluggish *NO hydrogenation with the spin–state transitions. Herein, we report that the manipulation of oxygen vacancies can contrive spin−polarized Fe 1 −Ti pairs on monolithic titanium electrode that exhibits an attractive NH 3 yield rate of 272,000 μg h −1 mg Fe −1 and a high NH 3 Faradic efficiency of 95.2% at −0.4 V vs. RHE, far superior to the counterpart with spin−depressed Fe 1 −Ti pairs (51000 μg h –1 mg Fe –1 ) and the mostly reported electrocatalysts. The unpaired spin electrons of Fe and Ti atoms can effectively interact with the key intermediates, facilitating the *NO hydrogenation. Coupling a flow−through electrolyzer with a membrane-based NH 3 recovery unit, the simultaneous nitrate reduction and NH 3 recovery was realized. This work offers a pioneering strategy for manipulating spin polarization of electrocatalysts within pair sites for nitrate wastewater treatment.
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