Comparison of the catalytic properties of Pt and Co cathodes for the nitrite reduction reaction to ammonia

Capa

Citar

Texto integral

Acesso aberto Acesso aberto
Acesso é fechado Acesso está concedido
Acesso é fechado Somente assinantes

Resumo

The electrochemical reaction reduction of nitrites (NO2−RR) in a neutral aqueous electrolyte is studied, which has important applications both for future ammonia synthesis processes and for effective wastewater and agricultural wastewater treatment. The catalytic activity is compared (the results of the Faradaic efficiency and the yield rate of ammonia are obtained) for noble (platinum) and non-noble (cobalt) metals. Metallic polycrystalline platinum and cobalt serve as electrocatalyst. The surface of the catalysts is analyzed using SEM and light microscopy. The method of linear voltammetry is used to preliminarily identify the potential of ammonia synthesis and estimate the synthesis current density. The values of Faradaic efficiency (FE) and the yield rate of ammonia release are obtained for the five selected values of current densities (J). It is found that the cobalt cathode is more efficient (FE ≈ 99%, yield rate (NH3) = 2.4 mmol h–1 cm–2), which exceeds the values for the platinum cathode ((FE = 88.1%, yield rate (NH3) = 0.4 mmol h–1 cm–2). The electrochemically active surface (ECSA) of the electrocatalysts is determined. The explanation of such activity of catalysts is given according to the results of the work that demonstrate that a non-noble metal cathode can be more effective for NO2−RR.

Texto integral

Acesso é fechado

Sobre autores

I. Kuznetsova

M. V. Lomonosov Moscow State University

Email: lmkustov@mail.ru

Department of Chemistry

Rússia, Moscow, 119991

O. Lebedeva

M. V. Lomonosov Moscow State University

Email: lmkustov@mail.ru

Department of Chemistry

Rússia, Moscow, 119991

D. Kultin

M. V. Lomonosov Moscow State University

Email: lmkustov@mail.ru

Department of Chemistry

Rússia, Moscow, 119991

L. Kustov

M. V. Lomonosov Moscow State University; N. D. Zelinsky Institute of Organic Chemistry, Russian Academy of Sciences

Autor responsável pela correspondência
Email: lmkustov@mail.ru

M. V. Lomonosov Moscow State University, Department of Chemistry

Rússia, Moscow, 119991; Moscow, 119991

Bibliografia

  1. Makepeace J.W., He T., Weidenthaler C. et al. // Int. J. Hydrogen Energy. 2019. V. 44. P. 7746. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2019.01.144
  2. John J., MacFarlane D.R., Simonov A.N. // Nat. Catal. 2023. V. 6. P. 1125. https://doi.org/10.1038/s41929-023-01060-w
  3. Lebedeva O., Kultin D., Каlenchuk A., Кustov L. // Curr. Opin. Electrochem. 2023. V. 38. P. 101207. https://doi.org/10.1016/j.coelec.2022.101207
  4. Imamura K., Kubota J. // Sustainable Energy Fuels. 2019. V. 3. Р. 1406. https://doi.org/10.1039/C9SE00049F.
  5. Shao J., Jing H., Wei P. et al. // Nat. Energy. 2023. V. 8. Р. 1273. https://doi.org/10.1038/s41560-023-01386-6
  6. Murphy E., Liu Y., Matanovic I. et al. // Nat. Commun. 2023. V. 14. Р. 4554. https://doi.org/10.1038/s41467-023-40174-4
  7. Bai L., Franco F., Timoshenko J. et al. // J. Am. Chem. Soc. 2024. V. 146. Р. 9665. https://doi.org/10.1021/jacs.3c13288
  8. Jiang Z., Wang Y., Lin Z. et al. // Energy Environ. Sci. 2023. V. 16. Р. 2239. https://doi.org/10.1039/D2EE03502B
  9. Kuznetsova I., Lebedeva O., Kultin D. et al. // Int. J. Mol. Sci. 2024. V. 25. Р. 7089. https://doi.org/10.3390/ijms25137089
  10. Jiang Z., Wang Y., Lin Z. et al. // Energy Environ. Sci. 2023. V. 16. Р. 2239. https://doi.org/10.1039/D2EE03502B
  11. Petrii O.A., Safonova T.Ya. // J. Electroanal. Chem. 1992. V. 331. Р. 897. https://doi.org/10.1016/0022-0728(92)85013-S
  12. Xiang J., Qiang C., Shang S. et al. // Adv. Funct. Materials. 2024. Р. 2401941. https://doi.org/10.1002/adfm.202401941
  13. Zhao H., Xiang J., Sun Z. et al. // ACS Sustainable Chem. Eng. 2024. V. 12. Р. 2783. https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.3c07388
  14. Wang F., Xiang J., Zhang G. et al. // Nano Res. 2024. V. 17. Р. 3660. https://doi.org/10.1007/s12274-023-6261-2
  15. Wang F., Zhao H., Zhang G. et al. // Adv. Funct. Materials. 2024. V. 34. Р. 2308072. https://doi.org/10.1002/adfm.202308072
  16. Wang F., Shang S., Sun Z. et al. // Chem. Eng. J. 2024. V. 489. Р. 151410. https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.151410
  17. Xiang J., Zhao H., Chen K. et al. // J. Colloid Interface Sci. 2024. V. 653. Р. 390. https://doi.org/10.1016/j.jcis.2023.09.095
  18. Xiang J., Zhao H., Chen K. et al. // Ibid. 2024. V. 659. Р. 432. https://doi.org/10.1016/j.jcis.2024.01.013
  19. Wan Y., Du W., Chen K. et al. // Ibid. 2023. V. 652. Р. 2180. https://doi.org/10.1016/j.jcis.2023.09.071
  20. Wu T., Zhang F., Wang J. et al. // Dalton Trans. 2024. V. 53. Р. 877. https://doi.org/10.1039/D3DT03808D
  21. Li Y., Ouyang L., Chen J. et al. // J. Colloid Interface Sci. 2024. V. 663. Р. 405. https://doi.org/10.1016/j.jcis.2024.02.153
  22. Qu Y., Guo Y., Chu K. // Inorg. Chem. 2024. V. 63. Р. 78. https://doi.org/10.1021/acs.inorgchem.3c04194
  23. Zhang Y., Wan Y., Liu X. et al. // iScience. 2023. V. 26. Р. 107944. https://doi.org/10.1016/j.isci.2023.107944
  24. Dima G.E., De Vooys A.C.A., Koper M.T.M. // J. Electroanal. Chem. 2003. V. 554–555. Р. 15. https://doi.org/10.1016/S0022-0728(02)01443-2
  25. De Groot M.T., Koper M.T.M. // J. Electroanal. Chem. 2004. V. 562. Р. 81. https://doi.org/10.1016/j.jelechem.2003.08.011
  26. Lebedeva O., Zakharov V., Kuznetsova I. et al. // Chem. – Eur. J. 2024. V. 30. Р. e202402075. https://doi.org/10.1002/chem.202402075
  27. Adalder A., Mitra K., Barman N. et al. // ChemRxiv. 2024. https://doi.org/10.26434/chemrxiv-2024-v8chs

Arquivos suplementares

Arquivos suplementares
Ação
1. JATS XML
Baixar
2. Fig. 1. Optical images of the surface of platinum (a–c) and cobalt (g–e) working electrodes at different magnifications.

Baixar (914KB)
Metadados
3. Fig. 2. Scanning electron microscopy images of the surface of platinum (a) and cobalt (b) working electrodes.

Baixar (598KB)
Metadados
4. Fig. 3. Potentiodynamic curves obtained for a platinum electrode at a potential scan rate of 50 mV s-1 in a background neutral electrolyte in the absence and presence of nitrite (a) and an enlarged fragment indicating the selected potential values ​​(b).

Baixar (260KB)
Metadados
5. Fig. 4. Faraday efficiency (a) and NH3 yield rate (b) at different working electrode current densities.

Baixar (330KB)
Metadados
6. Fig. 5. Measurement of the electrochemically active surface: double-layer capacitance (a), cyclic potentiodynamic curves at different scan rates for calculating the double-layer capacitance of platinum (b) and cobalt (c) working electrodes.

Baixar (403KB)
Metadados

Declaração de direitos autorais © Russian Academy of Sciences, 2025

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».