Каталитический мембранный электрод с Co3O4 nanoa

Наука Китай Пресс

Изображение: Схематическая иллюстрация PEM-ECMR H-типа с PEM-сепаратором и мембранным анодом на основе Ti (слева); Фотография трубчатого мембранного электрода Co3O4/Ti (в центре); СЭМ-изображения наноматриц Co3O4 (справа).посмотреть больше

Фото: ©Science China Press

Это исследование возглавляют профессор Чжэнь Инь (Колледж химической инженерии и материаловедения, Тяньцзиньский университет науки и технологий), профессор Цзяньсин Ли (Государственная ключевая лаборатория разделительных мембран и мембранных процессов, Университет Тяньгун) и профессор Дин Ма ( Колледж химии и молекулярной инженерии Пекинского университета).

Надежная электрохимическая стратегия с эффективным и стабильным мембранным анодом (мембранный электрод Co3O4 NN/Ti), построенным из массивов наноигл Co3O4 (Co3O4 NN) и титановой мембраной для электрохимического окисления тугоплавких органических загрязнителей и одновременного производства водорода высокой чистоты на катоде. в сточных водах в нейтральном состоянии. Мембранные электроды с трехмерными массивами наноструктур были созданы путем сборки одномерных структур, состоящих из небольших наночастиц Co3O4 (НЧ) и закрепленных на поверхности мембраны в процессе выращивания in-situ без связующих веществ и добавок, что существенно облегчило электрохимические реакции. 3D-наномассив Co3O4 может значительно улучшить межфазную адгезию с подложками и, таким образом, облегчить транспорт электронов и перенос заряда на границе раздела электрода и электролита, что приведет к образованию большого количества каталитических активных центров. Ограничение диффузии/массопереноса для традиционных пластинчатых электродов было преодолено за счет загрузки 3D-наноматрицы на поверхность пор мембраны и проточной конфигурации.

Мембранный электрод Co3O4 NNs/Ti в проточном режиме продемонстрировал превосходную эффективность обеззараживания и отличную стабильность при очистке сточных вод во время EAOP. Для исследования распределения поверхностного электрического поля мембранных электродов с различными каталитическими наноструктурами был использован численный метод конечных элементов с помощью COMSOL Multiphysical. Между тем, эксперименты по комбинационному рассеянию света in situ были проведены в растворе Na2SO4, чтобы понять каталитические центры мембранного электрода Co3O4 NNs/Ti в электрическом поле. Механизм разложения фенола с помощью мембранного электрода Co3O4 NNs/Ti также обсуждался по данным анализа раствора пермеата. Наконец, для производства водорода высокой чистоты мы разработали ECMR H-типа (PEM-ECMR) с мембраной Nafion в качестве сепаратора и анодом Co3O4 NNs/Ti, демонстрируя превосходные характеристики разложения фенола и воды для красителей, стабильное производство чистого водорода. и превосходную долгосрочную стабильность. Настоящая работа демонстрирует, что ячейка PEM-ECMR является гибкой и практичной для децентрализованной очистки сточных вод и производства чистого водорода в слабом электрическом поле.

«Это был бы многообещающий альтернативный маршрут для одновременного восстановления чистой пресной воды и устойчивого производства водородной энергии, стоимость энергии которой может быть еще больше снижена, если в будущем она будет питаться возобновляемыми источниками энергии, такими как солнечная энергия. Кроме того, сточные воды промышленных стоков можно использовать в качестве источника водорода посредством электрокатализа воды в сочетании с процессом электроокисления загрязняющих веществ», — говорит Чжэнь.

Эта работа будет стимулировать дальнейшее развитие электрохимических процессов, модульных децентрализованных систем очистки воды и технологических достижений в области очистки загрязненной воды параллельно с производством возобновляемой энергии в будущем.

Смотрите статью:

Инь, З., Чжан, К., Ма. Н. и др. Каталитический мембранный электрод с наноматрицами Co3O4 для одновременного восстановления воды и водорода из сточных вод. Китай Матер. (2022). https://doi.org/10.1007/s40843-022-2168-y.

Научные материалы Китая

10.1007/с40843-022-2168-у

Отказ от ответственности: AAAS и EurekAlert! не несут ответственности за достоверность пресс-релизов, публикуемых на EurekAlert! содействующими учреждениями или за использование любой информации через систему EurekAlert.