Electrochemical reduction of NO3- to NH3 using defect-rich TiO2 support loaded with CuNi catalysts: DEMS insights

材料科学 电化学 催化作用 还原(数学) 化学工程 物理化学 电极 几何学 有机化学 化学 数学 工程类
作者
Eleazar Castañeda-Morales,José Oziel Peralta Cruz,Francisco Ruiz‐Zepeda,Arturo Susarrey‐Arce,M.L. Hernández-Pichardo,A. Manzo‐Robledo
出处
期刊:Materials Today Energy [Elsevier]
卷期号:: 101525-101525 被引量:2
标识
DOI:10.1016/j.mtener.2024.101525
摘要

A promising approach for reducing nitrate (NO3-) in water waste is NO3- reutilization to ammonia (NH3). This work investigates the synergistic effect of Cu40Ni60 catalyst on a defect-rich TiO2 (TNSD) carbon vulcan composite (C-TNSD). The study starts with CuNi metallic content pre-screened over carbon vulcan (C) to identify the most promising CuNi ratios for nitrate reduction reaction (NO3-RR) to NH3. This is the case of Cu 20 wt.% and Ni 80 wt.% (Cu20Ni80), Cu 40 wt.% and Ni 60 wt.% (Cu40Ni60), Cu 60 wt.% and Ni 40 wt.% (Cu60Ni40), and Cu 80 wt.%, Ni 20 wt.% (Cu80Ni20) and Cu/Ni monometallic catalysts. Among these ratios, Cu40Ni60 resulted in the most promising electrocatalyst when loaded over C-TNSD, whose functionality has been assessed using in-situ differential electrochemical mass spectrometry (DEMS). The results indicate that Cu40Ni60/C-TNSD attains a similar NH3 selectivity to Cu40Ni60 supported on TiO2 carbon vulcan composites. However, Cu40Ni60/C-TNSD does not hinder charge transport, making it the most suitable electrocatalyst for NH3 production. A synergistic interaction between Cu40Ni60 and C-TNSD is proposed. The results are supported by structural, (electro)chemical, and morphological characterization. From a broad perspective, defective-rich catalysts can be developed to control the electrochemical reaction sequence during NO3-RR.

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