Co3O4 nanoa를 이용한 촉매막 전극

사이언스 차이나 프레스

이미지: PEM 분리기와 Ti 기반 멤브레인 양극을 갖춘 H형 PEM-ECMR의 개략도(왼쪽); 관형 Co3O4/Ti 막 전극 사진(가운데); Co3O4 나노어레이의 SEM 이미지(오른쪽).더보기

출처: ©Science China Press

이 연구는 Zhen Yin 교수(Tianjin University of Science and Technology, 화학 공학 및 재료 과학 대학), Jianxin Li 교수(Tiangong University 분리막 및 막 프로세스 국가 핵심 연구소) 및 Ding Ma 교수( 북경 대학교 화학 및 분자 공학 대학).

내화성 유기 오염물질의 전기화학적 산화와 음극을 통한 고순도 수소의 동시 생산을 위한 Co3O4 나노니들 어레이(Co3O4 NN)와 티타늄 멤브레인으로 구성된 효율적이고 안정적인 멤브레인 양극(Co3O4 NNs/Ti 멤브레인 전극)을 갖춘 강력한 전기화학적 전략 중성 상태의 폐수에서. 3D 어레이 나노구조를 갖는 막 전극은 작은 Co3O4 나노입자(NP)로 구성된 1D 구조의 조립을 통해 구성되었으며 바인더 및 첨가제 없이 현장 성장 공정을 통해 막 표면에 고정되어 전기화학 반응을 실질적으로 촉진했습니다. Co3O4의 3D 나노어레이는 기판과의 긴밀한 계면 접착을 획기적으로 향상시켜 전극과 전해질의 계면에서 전자 수송과 전하 이동을 촉진하여 풍부한 촉매 활성 사이트를 생성할 수 있습니다. 기존 플레이트 전극의 확산/질량 전달 제한은 막 공극 표면에 3D 나노어레이를 로딩하고 통과 구성을 통해 극복되었습니다.

통과 모드의 Co3O4 NNs/Ti 막 전극은 EAOP 동안 우수한 오염 제거 효율과 폐수 처리에 대한 탁월한 안정성을 나타냈습니다. 다양한 촉매 나노구조를 갖는 막 전극의 표면 전계 분포를 조사하기 위해 COMSOL Multiphysics를 통한 유한 요소 수치 방법이 사용되었습니다. 한편, 전기장 하에서 Co3O4 NNs/Ti 막 전극의 촉매 부위를 이해하기 위해 Na2SO4 용액에서 현장 라만 실험을 수행했습니다. Co3O4 NNs/Ti 막 전극을 이용한 페놀의 분해 메커니즘도 투과액 분석에 따라 논의되었습니다. 마지막으로 고순도 수소를 생산하기 위해 Nafion막을 분리막으로 하고 Co3O4 NNs/Ti 양극을 사용하는 H형 ECMR(PEM-ECMR)을 설계하여 페놀 및 염료수에 대한 우수한 분해 성능을 입증하고 안정적인 순수 수소 생산을 입증했습니다. 그리고 우수한 장기 안정성. 본 연구는 PEM-ECMR 셀이 낮은 전기장에서 분산형 폐수 처리 및 순수 수소 생산에 유연하고 실용적이라는 것을 보여줍니다.

“깨끗한 담수 회수와 지속 가능한 수소에너지 생산을 동시에 할 수 있는 유망한 대안 경로가 될 것입니다. 미래에 태양에너지와 같은 재생에너지로 전력을 공급한다면 에너지 비용을 더욱 절감할 수 있습니다. 또한, 산업 폐수에서 발생하는 폐수는 오염물질 전기산화 공정과 결합된 물 전기촉매를 통해 수소 공급원으로 사용될 수 있습니다.”라고 Zhen은 말합니다.

이 작업은 미래의 재생 에너지 생산과 병행하여 전기화학 공정, 모듈형 분산형 물 처리 시스템, 오염된 물 처리를 위한 기술 발전의 추가 개발에 영감을 줄 것입니다.

기사를 참조하세요:

Yin, Z., Zhang, K., Ma. N. et al. 폐수에서 물과 수소를 동시에 회수하기 위한 Co3O4 나노어레이를 갖춘 촉매 막 전극, Sci. 차이나 메이터. (2022). https://doi.org/10.1007/s40843-022-2168-y.

사이언스 차이나 머티리얼즈

10.1007/s40843-022-2168-y

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