Carboneto de molibdênio/nanopartículas de Ni

Jan 11, 2024

Scientific Reports volume 12, Artigo número: 22574 (2022) Citar este artigo

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Neste estudo, o carboneto de molibdênio e o carbono foram investigados como co-catalisadores para aumentar a eletroatividade do níquel na oxidação da uréia. O eletrocatalisador proposto foi formulado na forma de morfologia nanofibrosa para explorar a vantagem da grande relação axial. Normalmente, a calcinação de nanofibras poliméricas electropsun compostas de poli (álcool vinílico), cloreto de molibdênio e acetato de níquel sob vácuo resultou na produção de nanofibras de carbono incorporadas com boa morfologia de carboneto de molibdênio / Ni NPs. A investigação sobre a composição e morfologia do catalisador proposto foi realizada por XRD, SEM, XPS, mapeamento elementar e análises TEM que concluíram a formação de carboneto de molibdênio e nanopartículas de níquel incorporadas em uma matriz de nanofibra de carbono. Como eletrocatalisador para oxidação da ureia, as medidas eletroquímicas indicaram que o compósito proposto possui atividade distinta quando o teor de molibdênio é otimizado. Normalmente, as nanofibras preparadas a partir de nanofibras eletrofiadas contendo 25% em peso de precursor de molibdênio em relação ao acetato de níquel revelaram o melhor desempenho. Numericamente, usando ureia 0,33 M em KOH 1,0 M, as densidades de corrente obtidas foram 15,5, 44,9, 52,6, 30,6, 87,9 e 17,6 mA/cm2 para nanofibras preparadas a 850 °C a partir de esteiras de eletropsun contendo 0, 5, 10, 15, 25 e 35 cloreto de molibdênio, respectivamente. O estudo da temperatura de síntese do compósito proposto indicou que 1000 °C é a temperatura ótima de calcinação. Estudos cinéticos indicaram que a reação de eletrooxidação da uréia não segue a lei de Arrhenius.

Os cientistas descobriram que a poluição pela ureia pode fazer com que as algas oceânicas desenvolvam um veneno fatal conhecido como ácido domóico1. Paradoxalmente, a uréia pode ser manipulada como uma molécula transportadora de hidrogênio não tóxica e não inflamável, com uma densidade de energia de 16,9 MJ L-1 (aproximadamente 10 vezes mais que o hidrogênio). Além disso, comparada à água, a eletrólise da ureia consome menor energia elétrica2. Teoricamente, a extração de hidrogênio da uréia é um processo simples, pois depende de uma reação exotérmica de acordo com as seguintes equações2,3,4,5,6:

No entanto, devido aos altos sobrepotenciais sobre os eletrodos relatados, não há nenhum material anódico conhecido que possa realizar a tarefa sem adição de energia. Além da baixa energia necessária (cerca de 0,37 V) em comparação com a água (1,23 V), existem outras vantagens para a extração de hidrogênio da eletrólise da ureia: (1) produzir mistura de gases não autoinflamáveis ​​devido à ausência de oxigênio, (2) converter a poluição por azoto nas águas residuais num produto ambientalmente seguro; N2 e (3) estimulando os pesquisadores a desenvolver novos materiais de eletrodos com baixos sobrepotenciais7.

O níquel atrai a atenção dos pesquisadores como material anódico na célula de eletrólise da uréia a partir da degradação biológica da uréia pela urease. Esta enzima consiste em duas moléculas de Ni + 2 ligadas a duas moléculas de água e um grupo hidróxido em ponte . Um grande número de estudos demonstrou que, em meio alcalino, o níquel e os compostos à base de níquel são oxidados ao estado ativo do níquel (NiOOH) e posteriormente funcionam como catalisador da reação de oxidação da ureia (UOR)10,11. No entanto, a atividade eletrocatalítica do níquel não modificado não atende aos requisitos mínimos para ser um ânodo aplicável, o que poderia ser traduzido como má formação dos sítios ativos necessários. O aumento da atividade eletrocatalítica do níquel para a eletrooxidação da ureia foi conduzido em duas estratégias principais; desenvolvimento de forma e invocação de cocatalisador(es). Na primeira rota, o metal de transição foi formulado em sua forma pura ou em hidróxido metálico (Ni(OH)2). Nesse sentido, diversas formulações nanoestruturais foram investigadas, incluindo matrizes de nanofios12, nanomeshes13, nanofitas14, nanoflocos15 e nanofolhas16.