Карбид молибдена/наночастицы Ni

Jan 11, 2024

Том 12 научных отчетов, номер статьи: 22574 (2022) Цитировать эту статью

1313 Доступов

1 Цитаты

1 Альтметрика

Подробности о метриках

В этом исследовании карбид молибдена и углерод были исследованы в качестве сокатализаторов для повышения электроактивности никеля в отношении окисления мочевины. Предлагаемый электрокатализатор имеет нановолоконную морфологию, чтобы использовать преимущество большого осевого соотношения. Обычно прокаливание полимерных нановолокон электропсуна, состоящих из поливинилового спирта, хлорида молибдена и ацетата никеля, в вакууме приводит к получению углеродных нановолокон с хорошей морфологией из карбида молибдена/Ni-NP. Исследование состава и морфологии предложенного катализатора было проведено с помощью рентгеноструктурного анализа, СЭМ, РФЭС, элементного картирования и ПЭМ-анализа, которые пришли к выводу об образовании наночастиц карбида молибдена и никеля, внедренных в матрицу из углеродных нановолокон. Электрохимические измерения показали, что предлагаемый композит в качестве электрокатализатора окисления мочевины проявляет отчетливую активность при оптимизации содержания молибдена. Как правило, нановолокна, полученные из электроформованных нановолокон, содержащих 25 мас.% предшественника молибдена по отношению к ацетату никеля, показали наилучшие характеристики. Численно с использованием 0,33 М мочевины в 1,0 М КОН получены плотности тока 15,5, 44,9, 52,6, 30,6, 87,9 и 17,6 мА/см2 для нановолокон, полученных при 850 °C из матов электропсуна, содержащих 0, 5, 10, 15, 25. и 35 хлорид молибдена соответственно. Исследование температуры синтеза предлагаемого композита показало, что 1000 °С является оптимальной температурой прокаливания. Кинетические исследования показали, что реакция электроокисления мочевины не подчиняется закону Аррениуса.

Ученые обнаружили, что загрязнение мочевиной может привести к тому, что океанские водоросли выработают смертельный яд, известный как домоевая кислота1. Парадоксально, но с мочевиной можно обращаться как с нетоксичной, негорючей молекулой, несущей водород, с плотностью энергии 16,9 МДж/л (примерно в 10 раз больше, чем у водорода). Кроме того, по сравнению с водой, электролиз мочевины потребляет меньшую электроэнергию2. Теоретически извлечение водорода из мочевины является простым процессом, поскольку оно зависит от экзотермической реакции в соответствии со следующими уравнениями2,3,4,5,6:

Однако из-за высоких перенапряжений на известных электродах не существует ни одного известного анодного материала, который мог бы решить эту задачу без добавления энергии. Помимо низкой требуемой энергии (около 0,37 В) по сравнению с водой (1,23 В), существуют и другие преимущества извлечения водорода при электролизе мочевины: (1) получение несамовоспламеняющейся газовой смеси из-за отсутствия кислорода, (2) преобразование азотных загрязнений сточных вод в экологически безопасный продукт; N2 и (3) побудили исследователей к разработке новых электродных материалов с низкими перенапряжениями7.

Никель привлекает внимание исследователей в качестве анодного материала в электролизере мочевины при биологической деградации мочевины уреазой. Этот фермент состоит из двух Ni+2, присоединенных к двум молекулам воды и мостиковой гидроксидной группы8,9. Огромное количество исследований показало, что в щелочной среде никель и соединения на его основе окисляются до активного состояния никеля (NiOOH) и впоследствии действуют как катализатор реакции окисления мочевины (UOR)10,11. Однако электрокаталитическая активность немодифицированного никеля не отвечает минимальным требованиям, предъявляемым к применимому аноду, что можно объяснить плохим образованием необходимых активных центров. Повышение электрокаталитической активности никеля в отношении электроокисления мочевины проводилось по двум основным стратегиям; формировать развитие и вызывать сокатализатор(ы). В первом случае переходный металл получают либо в его первозданном виде, либо в виде гидроксида металла (Ni(OH)2). В связи с этим было исследовано несколько наноструктурных составов, включая массивы нанопроволок12, наносетки13, наноленты14, нанохлопья15 и нанолисты16.