Odstranjevanje interkalirane vode iz listov grafena-oksida, dopiranega z dušikom

The Book of Enoch Complete Edition - Multi Language (Junij 2019).

Anonim

(Phys.org) Celične celice zahtevajo katalizator za reakcijo redukcije kisika. Ena vrsta katalizatorja je nanosheet grafena-oksida, dopiranega z dušikom. Grafene-oksidne nanoshete se zlahka funkcionalizirajo z drugimi atomi, kot so bor, dušik ali žveplo, pa tudi kovinami, kot so železo, nikelj in kobalt, zaradi česar so vsestranski materiali za praktično uporabo.

Postopek izdelave nanodelcev grafena-oksida poteka v vodnem mediju in privede do molekul vode, ki ležijo med grafinskimi lističi. Več raziskovalcev iz Nacionalnega laboratorija Los Alamos, Univerze v Novi Mehiki, Nacionalnega laboratorija Oak Ridge in Univerze Rutgers je označilo učinke odstranjevanja teh interkaliranih molekul vode. Ugotovili so, da molekule vode ne vplivajo samo na fizikalno strukturo nanosheetov in na koncentracijo heteroatomov, ki so ji dodani, ampak odstranitev molekul vode spremeni katalitsko aktivnost nanosih. Njihovo delo se pojavlja v Science Advances.

Grafit se oksidira tako, da tvori liste grafen oksida. Ti listi običajno vsebujejo molekule vode med listi. Za izdelavo katalizatorja se ti listi zmanjšajo in dopolnijo z heteroatomom, da tvorijo dopirane grafene liste. Za razumevanje učinkov, ki jih imajo interkalirajane molekule vode na grafene-oksidne nanoshete, smo izvedli nekaj študij.

Z uporabo vakuumskega sušenja in izpiranja topila z topili, ki izpolnjujejo določene parametre topnosti Hansena, Martinez et al. so lahko posušili liste grafena-oksida in odstranili interkalečane molekule vode med listi. Študije XRD preverjajo, da se je razdalja med intersheetom znatno zmanjšala po sušenju v vakuumu in nato še bolj po sušenju s topilom. Razdalja vmesnega preseka se je po sušenju v vakuumu spremenila od 10, 8Å do 8, 6Å, nato pa po 7, 5 Å po sušenju s topilom v etanolu ali dietiletru. Poleg tega so podatki XRD pokazali tudi dokaze o dolgotrajnem vrstnem redu.

Podatki XPS in IR so tudi preverili, da listi manjkajo interkalirana voda. Študije molekulske dinamike so potrdile, da topila v bistvu spremenijo strukturo listov grafena-oksida, ki so med seboj prepleteni z vodo. Zlasti etrsko obdelane pločevine so pokazale nekakšno "gubanje", ki je lahko deloma zato, ker so listi, obdelani z etrom, prikazali najboljšo katalitično aktivnost za reakcijo redukcije kisika.

Dušik-doping je bil dosežen z uporabo znanega postopka. Martinez, et al. obdelane pločevinaste oksidne plošče z izpiranjem z vehiklom in vakuumom z amoniakom pri visoki temperaturi. Ugotovili so, da so listi, obdelani z etanolom in etrom, imeli velike luknje v ploščah, kar je koristno za katalizo, ker razkriva medlaboratorijska aktivna mesta.

Martinez, et al. nato pa so testirali svoj novi redukcijski grafen-oksidni katalizator (NrGO) z dopolnjevanjem dušikovega oksida z elektrodo z vrtljivim obročem v kislem mediju. Poiskali so tri ključne značilnosti za dober katalizator: nizek prekomerni potencial, visoka razpolovna doba in selektivnost kisikovega štiriurnega zmanjšanja vode. Nadpotencial je dodaten potencial, ki presega teoretični potencial za reakcijo redukcije kisika (E o =1, 23 V v primerjavi z RHE). Kisik lahko opravi bodisi reakcijo s štirimi elektroni za proizvodnjo vode ali reakcijo redukcije dveh elektronov, da se tvori vodikov peroksid. Bolj selektivni katalizator za reakcijo s štirimi elektroni je boljši.

Ugotovili so, da je NrGO, ki je bil obdelan z dietiletrom, pokazal najboljše prekomerne potenciale, polvalne potenciale in vrednosti selektivnosti v primerjavi z vakuumsko posušenimi, obdelanimi z etanolom in neobdelanimi listi grafena-oksida. Martinez, et al. poročali, da je to največja reakcija redukcije kisika do danes za katalizatorje NrGO v kislem mediju.

Ta raziskava zagotavlja dragocen vpogled v to, kako interkalirana voda vpliva na katalitsko aktivnost grafol-oksidnih nanosheetov. Po mnenju dr. Gautama Gupte, glavnega raziskovalca v tej študiji, je ta študija pomembna za gorivne celice z izmenjavo protonske izmenične membrane, ker zahtevajo kislinske pogoje. Na vprašanje o posledicah njegovega raziskovanja je dr. Gupta dejal: "To je prvo poročilo, ki poudarja ključno vlogo vode pri katalizi, in raziskave pomembno vplivajo na oblikovanje 2D materialov, kot so prehodni kovinski dikalcogenidi za energetske aplikacije."

menu
menu