Katalis FeP Berkinerja Tinggi untuk Produksi dan Pemulihan Amonia Elektrokimia melalui Joule-Stripping

Abstrak
Reduksi elektrokimia nitrat (NO₃RR) menawarkan rute yang menjanjikan untuk produksi amonia yang terdesentralisasi dan berkelanjutan sambil mengatasi tantangan lingkungan yang terkait dengan polusi nitrat. Namun, pengembangan implementasi praktis telah diperlambat oleh tantangan dalam menciptakan katalis yang sangat stabil dan selektif untuk lingkungan yang sangat basa, bersama dengan kesulitan memulihkan amonia secara efisien dari larutan encer. Di sini, kami memperkenalkan elektrokatalis besi-fosfida amorf yang teroksidasi sebagian (POA-FeP) yang menggabungkan aktivitas dan stabilitas tinggi dengan strategi Joule-stripping yang inovatif untuk pemulihan amonia. Diendapkan secara elektrokimia ke busa nikel (NF), katalis POA-FeP mencapai kerapatan arus parsial acuan sebesar −720mA cm−2 dalam media netral dan −932mA cm−2 dalam media alkali, dan efisiensi Faradaic (FE) yang mendekati kuantitatif. Ketahanan katalis POA-FeP/NF disorot oleh kemampuannya untuk mempertahankan FE di atas 90% selama operasi berkelanjutan selama lebih dari 1000 jam pada kepadatan arus total −300mA cm−2. Kami menunjukkan bahwa pemanasan Joule yang dihasilkan dari pengoperasian elektroliser pada kepadatan arus tinggi dapat dimanfaatkan untuk menginduksi penguapan amonia, yang kemudian dapat dipulihkan sebagai amonium klorida padat dengan hasil >95%. Pendekatan Joule-stripping terintegrasi ini menyederhanakan pemulihan amonia dan membuka kemungkinan baru untuk sistem reduksi nitrat yang dapat diskalakan dan hemat energi.