사용된 이중 치환 Co의 가치 평가

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 19354(2022) 이 기사 인용

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메탄올 산화에 적합하고 비싸지 않은 전기촉매 재료를 찾는 것은 중요한 과제입니다. 사용된 폐수 나노흡착제의 폐기물 가치화는 순환 경제 지침을 달성하기 위한 유망한 경로입니다. 본 연구에서는 층상 이중 수산화물(LDH)의 잔류물을 새로운 접근 방식으로 직접 메탄올 연료 전지의 전기촉매로 사용할 수 있습니다. Co-Ni-Zn-Fe LDH는 공침법에 이어 메틸 오렌지(MO)를 흡착하여 제조되었습니다. 또한, 사용된 흡착제는 다양한 온도(200, 400 및 600°C)에서 하소되어 해당 혼합 금속 산화물(MMO)로 전환되었습니다. 준비된 샘플은 XRD, FTIR, HRTEM, 제타 전위 및 유체역학적 크기 측정을 사용하여 특성화되었습니다. 사용된 흡착제는 직접적인 메탄올 전기산화를 위한 전기촉매로 테스트되었습니다. 사용된 LDH/MO 흡착제는 50mV/s 스캔 속도 및 1M 메탄올 농도에서 6.66mA/cm2의 최대 전류 밀도를 나타냈습니다. 사용된 MMO/MO 흡착제는 200°C 소성 온도, 50mV/s 스캔 속도 및 3M 메탄올 농도에서 최대 전류 밀도 8.40mA/cm2를 나타냈습니다. 두 샘플 모두 시간전류 측정 반응으로 알 수 있듯이 시간이 지남에 따라 합리적인 안정성을 보여줍니다. 사용된 나노흡착제의 추가 나노공학은 이러한 폐기물을 전기산화 촉매로 용도 변경하는 유망한 경로가 될 수 있습니다.

깨끗하고 지속 가능한 방식으로 에너지를 생산하는 것은 세계의 주요 과제 중 하나입니다. 연료전지는 저비용, 저배출의 혁신적인 스모그 오염, 단순한 구조1 등 독특한 특성으로 인해 다른 표준 에너지 저장장치에 비해 발전용으로 많은 주목을 받아왔다. 연료전지 기술은 직접 변환 효율이 높고 환경 오염이 거의 없는 저장된 화학 에너지로부터 전기 에너지를 생산하는 청정 방법입니다2. 직접 메탄올 연료 전지(DMFC)는 전기 자동차 및 휴대용 전자 장치와 같은 응용 분야에 유망한 전원입니다. 낮은 작동 온도, 운송 및 연료 저장의 용이성, 높은 에너지 효율 및 빠른 시동은 연료로서 메탄올의 장점 중 일부에 불과합니다3. 백금은 메탄올에 대한 전기촉매 활성이 우수하고 전해액에서 장기 안정성을 갖기 때문에 가장 일반적으로 사용되는 DMFC 양극 촉매입니다. 그러나 백금은 비싸고 CO 또는 기타 탄소질 중간체에 의해 빠르게 중독되어 전기촉매 성능이 저하됩니다4,5.

높은 표면적 대 부피 비율, 특이한 구조 및 매력적인 물리화학적 특징으로 인해 나노물질은 전기화학 연구에서 흥미롭습니다6. 금속성 칼코게나이드, 포스포린, 질화붕소 및 층상 이중 수산화물(LDH)7을 포함하여 원자적으로 얇은 2D 물질이 상당히 많이 합성되었습니다. LDH는 주로 [M(1−x)2+M(x)3+(OH)2]x+[An −]x/n·mH2O, 여기서 M2+와 M3+는 각각 2가 및 3가 금속 양이온이고 An−는 전하 균형 음이온입니다8. LDH의 잔류물은 새로운 접근법9으로 직접 메탄올 연료 전지(DMFC)의 전기촉매로 사용될 수 있습니다. 폐기물 가치화는 순환 경제의 전략과 단계를 달성하고 실행하기 위한 최적의 경로 중 하나로 인식되었습니다10. 폐기물 가치화는 도시 및 산업 폐기물11이 환경에 미치는 부정적인 영향을 완화하기 위한 지속 가능한 접근 방식을 제공합니다. 산업 폐기물의 까다로운 원인 중 하나는 다양한 유형의 오염 물질로 포화된 나노흡착제 사용입니다. 수질 오염의 주요 원인은 발암성으로 인해 매우 유해한 산업 폐기물에서 배출되는 유기 염료입니다12. 환경과 가정 폐수에서 생물학적 및 수질 오염물질을 제거하기 위한 여러 가지 방법이 개발되었습니다13. 사용한 흡착제를 재사용하기 위한 새로운 경로를 탐색하는 것은 상당한 노력이 필요한 지속적이고 어려운 작업입니다. Rial et al.14. 최근 폐수 흡착제의 가치를 평가하기 위해 보고된 접근법을 검토했습니다. 이러한 접근법에는 화학 합성을 위한 촉매로 재활용하고, 다른 오염 물질에 대한 추가 흡착제로 다시 적용하고, 시멘트 충전재로 사용하고/또는 일부 기타 산업 응용 분야에서 사용하는 것이 포함됩니다.