Small Methods:Ni@Ni₃S₂/CNTs纳米电催化剂用于咸水中乙醇胺污染物的降解去除同时促进低能耗氢气联产

环境污染、淡水资源短缺,以及依赖化石燃料的能源危机已成为当今世界所共知的重大挑战。相对于宝贵的淡水资源而言,地球上近乎取之不尽的海水资源储量丰富。以咸水(如海水等)作为电解液,尤其是利用含盐有害废水进行电解反应制取清洁能源氢气,能够同时解决环境污染和能源短缺等问题,可谓一举两得,意义重大。同时,发展低成本高性能的非贵金属基电催化剂是利用电催化技术解决大规模商业化清洁能源制取的重要途径。但是,上述相关领域还存在污染物氧化不彻底、制氢能耗过高、电解池装置腐蚀严重、可胜任咸水电解体系的低成本高性能电催化剂的研发滞后等等瓶颈和挑战。

针对上述挑战,深圳大学材料学院赵斌(特聘副研究员,助理教授)、符显珠教授等人创新性地在碳纳米管(CNTs)三维导电网络结构基底中原位异质化生长高分散Ni@Ni3S2核壳结构纳米催化剂。Ni@Ni3S2核壳结构催化剂尺寸在30纳米以下,催化剂的粒径分布范围窄,结晶度高,在CNTs三维导电网络中呈单分散性,且生长在CNTs表面,形成异质结构。所合成的Ni@Ni3S2/CNTs核壳异质结构电催化材料同时作为阴极和阳极,在模拟海水中进行针对环境净化和清洁能源获取的电解反应。在阳极咸水环境下进行有机污染物乙醇胺的电氧化降解去除,降解率达90%以上;与全电解水相比,在有机污染物乙醇胺存在的情况下,阳极氧化反应过电位降低200mV以上,显著降低了整个反应体系的能耗,有效促进中性咸水环境下阴极析氢,且阳极乙醇胺氧化和阴极析氢的法拉第效率均在90%以上。同时,本工作将实验研究和DFT理论计算相结合,对乙醇胺的电催化氧化反应路径和反应机理进行了系统且深入的分析,并且考虑了电解质离子(主要是Na+)对乙醇胺氧化去除的协同作用。本工作对于非淡水条件下有效解决环境污染和清洁能源获取等一系列问题提供了有价值的思路。

该工作由深圳大学材料学院助理教授赵斌和研究员刘建文共同完成,通讯作者为符显珠教授,深圳大学材料学院为第一完成单位,加拿大同步辐射光源以及上海大学为协同完成单位。

相关工作得到国家自然科学基金、深圳市孔雀团队等研究项目的资助。

论文信息:

Less-energy consumed hydrogen evolution coupled with electrocatalytic removal of ethanolamine pollutant in saline water over Ni@Ni3S2/CNTs nano-heterostructured electrocatalysts

Bin Zhao, Jianwen Liu, Renfei Feng, Lei Wang, Jiujun Zhang, Jing-Li Luo, Xian-Zhu Fu*

Small Methods

DOI: 10.1002/smtd.202101195

原文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smtd.202101195