炭化モリブデン/Niナノ粒子

Jan 11, 2024

Scientific Reports volume 12、記事番号: 22574 (2022) この記事を引用

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メトリクスの詳細

この研究では、尿素酸化に対するニッケルの電気活性を高めるための助触媒として炭化モリブデンと炭素が研究されました。 提案された電極触媒は、大きな軸比の利点を活用するために、ナノ繊維形態の形で配合されています。 通常、ポリ（ビニルアルコール）、塩化モリブデン、酢酸ニッケルで構成されるエレクトロプサンポリマーナノファイバーを真空下で焼成すると、良好な形態の炭化モリブデン/Ni NPが組み込まれたカーボンナノファイバーが生成されます。 提案された触媒の組成と形態の研究は、XRD、SEM、XPS、元素マッピング、およびTEM分析によって行われ、カーボンナノファイバーマトリックスに埋め込まれた炭化モリブデンおよびニッケルのナノ粒子の形成が結論付けられました。 尿素酸化の電極触媒として、モリブデン含有量が最適化された場合、提案された複合材料が明確な活性を有することが電気化学測定により示された。 通常、酢酸ニッケルに対して 25 wt% のモリブデン前駆体を含む電界紡糸ナノファイバーから調製されたナノファイバーが最高の性能を示しました。 数値的には、1.0 M KOH 中の 0.33 M 尿素を使用して、0、5、10、15、25 を含むエレクトロプサン マットから 850 °C で調製されたナノファイバーの場合、得られた電流密度は 15.5、44.9、52.6、30.6、87.9、および 17.6 mA/cm2 でした。それぞれ、塩化モリブデン35。 提案された複合材料の合成温度を調査したところ、1000 °C が最適な焼成温度であることがわかりました。 速度論的研究により、尿素の電気酸化反応はアレニウスの法則に従っていないことが示されました。

科学者たちは、尿素汚染により海洋藻類がドウモイ酸として知られる致死性の毒を発生させる可能性があることを発見しました1。 逆説的ですが、尿素は 16.9 MJ L-1 (水素の約 10 倍) のエネルギー密度を持つ無毒、不燃性の水素運搬分子として操作できます。 さらに、尿素の電気分解は水に比べて消費電力が低くなります2。 理論的には、尿素からの水素抽出は次の式 2、3、4、5、6 による発熱反応に依存するため、簡単なプロセスです。

しかし、報告されている電極では過電圧が高いため、電力を追加せずにこの課題を達成できるアノード材料は知られていません。 水 (1.23 V) と比較して必要なエネルギー (約 0.37 V) が低いことに加えて、尿素電解からの水素抽出には次の利点もあります: (1) 酸素が存在しないため、非自己発火性ガス混合物が生成される、(2)廃水中の窒素汚染を環境的に安全な製品に変換する。 N2 および (3) 過電圧が低い新しい電極材料の開発を研究者に促しています7。

ニッケルは、ウレアーゼによる尿素の生物学的分解から、尿素電解セルのアノード材料として研究者の注目を集めています。 この酵素は、2 つの Ni+2 に結合した 2 つの水分子と架橋水酸化基で構成されています8,9。 膨大な数の研究により、アルカリ性媒体中では、ニッケルおよびニッケルベースの化合物がニッケルの活性状態 (NiOOH) に酸化され、その後尿素酸化反応 (UOR) 触媒として機能することが実証されています 10,11。 しかしながら、未修飾ニッケルの電極触媒活性は、適用可能なアノードとなるための最低要件を満たしておらず、これは、必要な活性部位の形成が不十分であると言い換えることができる。 尿素電気酸化に対するニッケルの電極触媒活性の強化は、2 つの主な戦略で行われています。 形状の開​​発と助触媒の呼び出し。 最初のルートでは、遷移金属はそのままの状態、または金属水酸化物 (Ni(OH)2) の状態で配合されます。 これに関連して、ナノワイヤアレイ 12、ナノメッシュ 13、ナノリボン 14、ナノフレーク 15、およびナノシート 16 など、いくつかのナノ構造配合物が研究されています。