몰리브덴 카바이드/Ni 나노입자

Jan 11, 2024

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 22574(2022) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

본 연구에서는 요소 산화에 대한 니켈 전기 활성을 향상시키기 위한 조촉매로서 몰리브덴 카바이드와 탄소를 조사했습니다. 제안된 전기촉매는 큰 축비의 장점을 활용하기 위해 나노섬유 형태로 제형화되었습니다. 일반적으로 진공 하에서 폴리(비닐 알코올), 염화 몰리브덴 및 아세트산 니켈로 구성된 전기순 고분자 나노섬유를 하소하면 우수한 형태의 몰리브덴 카바이드/Ni NPs가 포함된 탄소 나노섬유가 생성됩니다. 제안된 촉매의 조성 및 형태에 대한 조사는 XRD, SEM, XPS, 원소 매핑 및 TEM 분석을 통해 이루어졌으며 탄소 나노섬유 매트릭스에 매립된 몰리브덴 카바이드 및 니켈 나노입자의 형성을 결론지었습니다. 요소 산화를 위한 전기촉매로서, 전기화학적 측정은 제안된 복합체가 몰리브덴 함량이 최적화될 때 뚜렷한 활성을 갖는다는 것을 나타냅니다. 일반적으로 니켈 아세테이트 대비 25wt%의 몰리브덴 전구체를 함유한 전기방사 나노섬유로 제조된 나노섬유가 가장 좋은 성능을 나타냈다. 수치적으로, 1.0 M KOH에 0.33 M 요소를 사용하여 얻은 전류 밀도는 0, 5, 10, 15, 25를 함유한 전자검출 매트로부터 850°C에서 제조된 나노섬유에 대해 15.5, 44.9, 52.6, 30.6, 87.9 및 17.6 mA/cm2였습니다. 그리고 각각 35 몰리브덴 염화물. 제안된 복합재의 합성 온도를 연구한 결과 1000°C가 최적의 소성 온도인 것으로 나타났습니다. 동역학 연구에서는 요소의 전기산화 반응이 아레니우스의 법칙을 따르지 않는 것으로 나타났습니다.

과학자들은 요소 오염으로 인해 해양 조류가 도모산이라는 치명적인 독을 생성할 수 있다는 사실을 발견했습니다1. 역설적이게도 요소는 에너지 밀도가 16.9 MJ L−1(수소보다 약 10배 더 높음)인 무독성, 불연성 수소 운반 분자로 조작될 수 있습니다. 더욱이, 물에 비해 요소의 전기분해는 더 낮은 전력을 소비합니다2. 이론적으로 요소로부터 수소 추출은 다음 방정식2,3,4,5,6에 따른 발열 반응에 의존하므로 간단한 과정입니다.

그러나 보고된 전극에 비해 높은 과전위로 인해 전력 추가 없이 이러한 작업을 수행할 수 있는 알려진 양극 재료는 없습니다. 물(1.23V)에 비해 필요한 에너지(약 0.37V)가 낮다는 것 외에도 요소 전기분해에서 수소를 추출하는 데는 다른 이점이 있습니다. (1) 산소가 없기 때문에 자체 점화되지 않는 가스 혼합물을 생성합니다. (2) 폐수의 질소 오염을 환경적으로 안전한 제품으로 전환하는 단계; N2 및 (3)은 연구자들이 낮은 과전위를 갖는 새로운 전극 재료를 개발하도록 자극합니다7.

니켈은 우레아제에 의한 우레아의 생물학적 분해로 인해 우레아 전기분해 전지의 양극 재료로 연구자들의 주목을 받고 있다. 이 효소는 2개의 Ni+2가 부착된 2개의 물 분자와 연결 수산화물 그룹으로 구성됩니다8,9. 수많은 연구에 따르면 알칼리 매질에서 니켈 및 니켈 기반 화합물은 니켈 활성 상태(NiOOH)로 산화되고 이후 요소 산화 반응(UOR) 촉매로 작동하는 것으로 나타났습니다10,11. 그러나 개질되지 않은 니켈의 전기촉매 활성은 필요한 활성 부위의 불량한 형성으로 해석될 수 있는 적용 가능한 양극이 되기 위한 최소 요구 사항을 충족하지 못합니다. 요소 전기산화에 대한 니켈의 전기촉매 활성을 강화하는 것은 두 가지 주요 전략으로 수행되었습니다. 형상 개발 및 조촉매 호출. 첫 번째 경로에서는 전이 금속이 원래의 상태 또는 금속 수산화물(Ni(OH)2)로 제형화되었습니다. 이와 관련하여 나노와이어 어레이12, 나노메쉬13, 나노리본14, 나노플레이크15 및 나노시트16을 포함한 여러 나노구조 공식이 조사되었습니다.