Cu1‐Fe Dual Sites for Superior Neutral Ammonia Electrosynthesis from Nitrate

电合成 硝酸盐 化学 氨生产 无机化学 对偶(语法数字) 电化学 环境化学 有机化学 电极 物理化学 艺术 文学类
作者
Biao Zhou,Linghao Yu,Weixing Zhang,Xupeng Liu,Hao Zhang,Jundi Cheng,Ziyue Chen,Hao Zhang,Meiqi Li,Yanbiao Shi,Falong Jia,Yi Huang,Lizhi Zhang,Zhihui Ai
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:136 (31)
标识
DOI:10.1002/ange.202406046
摘要

Abstract The electrochemical nitrate reduction reaction (NO 3 RR) is able to convert nitrate (NO 3 − ) into reusable ammonia (NH 3 ), offering a green treatment and resource utilization strategy of nitrate wastewater and ammonia synthesis. The conversion of NO 3 − to NH 3 undergoes water dissociation to generate active hydrogen atoms and nitrogen‐containing intermediates hydrogenation tandemly. The two relay processes compete for the same active sites, especially under pH‐neutral condition, resulting in the suboptimal efficiency and selectivity in the electrosynthesis of NH 3 from NO 3 − . Herein, we constructed a Cu 1 ‐Fe dual‐site catalyst by anchoring Cu single atoms on amorphous iron oxide shell of nanoscale zero‐valent iron (nZVI) for the electrochemical NO 3 RR, achieving an impressive NO 3 − removal efficiency of 94.8 % and NH 3 selectivity of 99.2 % under neutral pH and nitrate concentration of 50 mg L −1 NO 3 − −N conditions, greatly surpassing the performance of nZVI counterpart. This superior performance can be attributed to the synergistic effect of enhanced NO 3 − adsorption on Fe sites and strengthened water activation on single‐atom Cu sites, decreasing the energy barrier for the rate‐determining step of *NO‐to‐*NOH. This work develops a novel strategy of fabricating dual‐site catalysts to enhance the electrosynthesis of NH 3 from NO 3 − , and presents an environmentally sustainable approach for neutral nitrate wastewater treatment.
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