|
能源危机、环境污染和淡水缺乏是地球上的关键问题。从盐水中，特别是从含盐的危险废水中电解制氢，对环境和能源都具有重要意义，但由于能源成本高、腐蚀严重以及缺乏有效的电催化剂，仍然具有挑战性。在此基础上，提出了一种高效产氢与电氧化去除盐水中乙醇胺污染物的新策略。为了实现这一目标，通过在交联的3D碳纳米管(CNTs)网络中原位生长Ni@Ni3S2 核壳纳米颗粒，开发了一种活性和耐用的异质结构电催化剂，实现了高分散性和金属性能，低填充密度，并丰富了暴露的活性位点，以促进快速电子/质量扩散。结合实验结果，密度泛函理论研究表明，电解质离子与乙醇胺分子的协同吸附可以协同调节Ni@Ni3S2/CNTs表面催化活性中心的吸附/解吸性能，导致长期稳定的电催化效率乙醇胺氧化去除和低能量氢同时生产盐水。
图1 Ni@Ni3S2/CNTs纳米异质结构电极在盐水中低能耗析氢(阴极)与电催化去除乙醇胺污染物(阳极)电池中的原理图。
图2制备Ni@Ni3S2/CNTs纳米异质结构的a,b) TEM, c) HRTEM, d,e) HAADF-STEM图像;f) SAED模式;g) EDS元素线扫描，h,i) EDS元素映射图像。
图3制备Ni@Ni3S2/CNTs的 a) Ni K-edge XANES, b) FT-EXAFS，和c) WT-EXAFS光谱d)标准Ni(OH)2和e) Ni箔;f) Ni@Ni3S2/CNTs的Ni 2p、g) S 2p和h) C 1s信号的高分辨率XPS光谱。
图4。a)经Ni@Ni3S2/CNTs、Ni@Ni3S2mCNTs、Ni@Ni3S2或CNTs修饰的碳布阳极在0.5 m乙醇胺存在的1.0 m NaCl盐水电解质中的LSV曲线;b)塔费尔斜率;c)在盐水电解质中有无乙醇胺存在时，阳极电催化剂(Ni@Ni3S2/CNTs)的LSV曲线比较;d)固定电流密度下乙醇胺电氧化CP曲线;E)去除乙醇胺的量与反应时间和计算出的电子转移数相关;f)当阴极HER与添加或不添加乙醇胺的阳极反应结合时，产生相同量的H2 (1 mmol)气体的能量成本。
图5 乙醇胺盐溶液电氧化20 h后阳极电解质的1H和b) 13C NMR谱图;c) 1H和d) 13C NMR谱;e)乙醇胺降解率(%)和f) TOC去除率(%)与反应时间的函数关系;G)电氧化0、20、40、60和80 h后阳极电解质的照片;H)乙醇胺氧化的机理。
图6 a)表面氧化/羟基化Ni3S2(110)的平板模型;b)氧化/羟基化Ni3S2(110)表面吸附电解质离子的平板模型;c)氧化/羟基化Ni3S2(110)表面吸附电解质离子的不同电荷密度。
图7 a)与(b)对应的最有利路径的优化结构;b)乙醇胺在氧化/羟基化Ni3S2(110)表面氧化时不考虑电解质离子吸附的能量分布;C)与(d)对应的主途径结构优化;d)乙醇胺在氧化/羟基化Ni3S2(110)表面的电解质离子吸附能量分布。 相关科研成果由深圳大学Xian-Zhu Fu等人于2021年发表在Small Methods (DOI: 10.1002/smtd.202101195)上。原文：Less-Energy Consumed Hydrogen Evolution Coupled with Electrocatalytic Removal of Ethanolamine Pollutant in Saline Water over Ni@Ni3S2/CNT Nano-Heterostructured Electrocatalysts。 |
|
|
