Co3O4ナノアを用いた触媒膜電極

サイエンスチャイナプレス

画像: PEM セパレーターと Ti ベースの膜アノードを備えた H 型 PEM-ECMR の概略図 (左)。 管状 Co3O4/Ti 膜電極の写真 (中央)。 Co3O4 ナノアレイの SEM 画像 (右)。もっと見る

クレジット: ©Science China Press

この研究は、Zhen ying 教授（天津科学技術大学化学工学材料科学学部）、Jianxin Li 教授（天津大学分離膜および膜プロセスの国家重点研究所）、および Ding Ma 教授（北京大学化学分子工学院）。

Co3O4 ナノニードルアレイ (Co3O4 NN) とチタン膜で構築された効率的で安定した膜アノード (Co3O4 NN/Ti 膜電極) を備えた堅牢な電気化学戦略により、耐火性有機汚染物質の電気化学的酸化とカソード上での高純度水素の同時生成を実現します。中性条件下での排水中。 3D アレイナノ構造を備えた膜電極は、小さな Co3O4 ナノ粒子 (NP) からなる 1D 構造の集合体によって構築され、バインダーや添加剤を使用しない in-situ 成長プロセスによって膜表面に固定され、電気化学反応を大幅に促進しました。 Co3O4 の 3D ナノアレイは、基板との界面の密着性を劇的に強化し、電極と電解質の界面での電子輸送と電荷移動を促進し、豊富な触媒活性サイトをもたらします。 従来のプレート電極の拡散/物質移動の制限は、膜細孔の表面への 3D ナノアレイの搭載とフロースルー構成によって克服されました。

フロースルーモードの Co3O4 NNs/Ti 膜電極は、EAOP 中の廃水処理において優れた除染効率と優れた安定性を示しました。 COMSOL Multiphysics による有限要素数値法を使用して、さまざまな触媒ナノ構造を持つ膜電極の表面電場分布を調査しました。 一方、電場下での Co3O4 NNs/Ti 膜電極の触媒部位を理解するために、Na2SO4 溶液中でその場ラマン実験を実施しました。 Co3O4 NNs/Ti膜電極によるフェノールの分解機構も,透過溶液の分析に従って論じた。 最後に、高純度水素を生成するために、セパレータとしてナフィオン膜と Co3O4 NNs/Ti アノードを備えた H 型 ECMR (PEM-ECMR) を設計し、フェノールと染料水に対する優れた分解性能、安定した純水素生成を実証しました。そして優れた長期安定性。 今回の研究は、PEM-ECMR セルが柔軟で、分散型廃水処理と低電場下での純粋な水素製造に実用的であることを実証しています。

「これは、きれいな淡水の回収と持続可能な水素エネルギーの生産を同時に行うための有望な代替ルートとなり、将来的には太陽エネルギーなどの再生可能エネルギーで電力を供給できれば、エネルギーコストをさらに削減できる可能性があります。」 さらに、産業排水からの廃水は、汚染物質の電気酸化プロセスと組み合わせた水電気触媒作用を介して水素源として使用できます」と Zhen 氏は言います。

この研究は、電気化学プロセス、モジュール式分散型水処理システムのさらなる開発、および将来の再生可能エネルギー生産と並行した汚染水処理の技術進歩を刺激するでしょう。

記事を参照してください:

イン、Z、チャン、K、マ。 N.ら。 廃水から水と水素を同時に回収するための Co3O4 ナノアレイを備えた触媒膜電極、Sci. チャイナメーター。 （2022年）。 https://doi.org/10.1007/s40843-022-2168-y。

サイエンスチャイナマテリアル

10.1007/s40843-022-2168-y

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