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NiCoP/碳纳米管(NiCoP/CNT)复合电催化剂同步还原水中硝酸盐和4-硝基酚

文章出处:人气: 发表时间:2023-01-14 17:50

  化工和炸药废水中常同时存在高浓度的硝酸盐和硝基酚类(如4-硝基酚4-NP)的复合污染。这两种污染物都对人体健康构成严重威胁。电催化还原技术可以利用清洁的电子和原位产生的活性氢,将它们转化为无害的N₂和有价值的4-氨基酚(4-AP,一种重要化工中间体)。开发高效、低成本的电催化剂是实现这一过程的关键。过渡金属磷化物(TMPs)因其类氢化酶的催化特性,在电解水制氢领域备受瞩目,而其同样适用于需要活性氢(H*)的催化加氢反应。本研究合成的NiCoP/CNT复合阵列电极,结合了NiCoP纳米线的高活性和CNT的高导电性。在电催化还原过程中,水分子在NiCoP表面被解离,生成强还原性的吸附态活性氢(H*)。

  

  实验结果显示,该电极对NO₃⁻和4-NP的同步还原展现出了极高的催化活性。在-0.4V至-0.6V的阴极电位下,NO₃⁻被高效还原为无害的N₂,N₂选择性高达85%以上;同时,4-NP被定量还原为4-AP,法拉第效率接近100%。同位素示踪和原位红外光谱等机理研究证实,电极表面原位生成的H*是同步还原这两种污染物的共同活性物种。NiCoP中Ni和Co的协同作用,优化了其对H*的吸附能,既保证了H*的高效生成,又避免了H*过度结合生成H₂的副反应。CNT的复合极大地增强了电极的导电性和机械稳定性。在长达50小时的恒电位电解和连续8次循环使用中,电极的活性和选择性保持稳定。该研究为利用同一种电催化剂,同步解决水中无机和有机复合污染问题,提供了高效、可控的“绿氢”还原技术方案。

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