EcoMat: ZnO纳米线阵列负载镍纳米颗粒助力高效4-硝基苯酚催化还原

研究背景

快速的工业化进程在大幅改善人们生活水平的同时也给环境保护带来了巨大的压力和挑战。以4-硝基苯酚(4-NP)为例,其作为一种常见的有机污染物具有极高的致癌风险,已被包括中国国家环境监测中心和美国环保局在内的多个环保组织列入优先控制污染物黑名单。4-NP极易溶于水,且非常稳定,在自然条件下很难降解,对其污水处理已成为当今社会亟待解决的环境问题。现有污水处理方法中,化学还原法因其环境和工业可持续性而受青睐,该方法能够去除污水中的4-NP,且能够将其转化为4-氨基苯酚(4-AP),后者作为一种重要的化工反应中间体广泛应用于医药、染料和农药制造领域。然而,该方法受限于其迟缓的反应动力学。因此,开发高效、稳定的催化剂成为推动其大规模应用的关键,对人与自然的和谐发展具有重要意义。

暨南大学李庆阳副研究员团队在EcoMat发表了题为“Ni nanoparticles‐loaded ZnO nanowire as an efficient and stable catalyst for reduction of 4‐nitrophenol“的研究论文,开发了一种经济、高效、稳定的氧化锌纳米线阵列负载镍纳米颗粒催化剂(Ni-ZnO),得益于Ni-ZnO丰富的活性位点和Ni/ZnO间电子协同作用,该银柳状催化剂表现出优异的4-NP催化还原活性,其活性优于商用泡沫镍、纳米镍粉及大部分已报道的镍基催化剂;由于氧化锌纳米线对镍纳米颗粒的锚定和分散作用,该催化剂的可回收性和循环稳定性比传统非磁性或磁性粉末、薄膜及多孔材料催化剂更具优势;即使该催化剂由于多次回收和循环使用而导致镍纳米颗粒脱落、活性降低,也可通过重新负载Ni纳米颗粒的方式迅速恢复其活性,从而实现“负载30秒工作150分钟”的长效催化能力;此外,其制备成本也远低于现有硅纳米线阵列负载的金属纳米颗粒催化剂。该催化剂制备方法灵活,易于大规模生产,且极具普适性,可通过结合电沉积和水热反应实现不同导体表面氧化锌纳米线阵列负载多种金属纳米颗粒催化剂的制备,丰富了纳米线阵列负载催化剂的种类,推动了它们在环境相关领域的实际应用。

该研究工作第一作者为暨南大学硕士研究生林朝宇,并得到了商丘师范学院罗干副教授和武汉工程大学曾莉副教授的合作支持,以及国家自然科学基金委、广州市科技计划等项目的资助。

文章信息

Chaoyu Lin, Gan Luo,* Huiqin Zhou, Anlin Feng, Li Zeng, Qingyang Li,* Ni nanoparticles-loaded ZnO nanowire as an efficient and stable catalyst for reduction of 4-nitrophenol, EcoMat. 2022; e12164

原文链接:https://doi.org/10.1002/eom2.12164