Nanoparticules de carbure de molybdène/Ni

Jan 11, 2024

Rapports scientifiques volume 12, Numéro d'article : 22574 (2022) Citer cet article

1313 Accès

1 Citation

1 Altmétrique

Détails des métriques

Dans cette étude, le carbure de molybdène et le carbone ont été étudiés comme co-catalyseurs pour améliorer l'électroactivité du nickel envers l'oxydation de l'urée. L'électrocatalyseur proposé a été formulé sous forme de morphologie nanofibreuse pour exploiter l'avantage du grand rapport axial. En règle générale, la calcination sous vide de nanofibres polymères électropsun composées d’alcool polyvinylique, de chlorure de molybdène et d’acétate de nickel a abouti à la production de nanofibres de carbone incorporées au carbure de molybdène/Ni NP de bonne morphologie. L'enquête sur la composition et la morphologie du catalyseur proposé a été réalisée par XRD, SEM, XPS, cartographie élémentaire et analyses TEM qui ont conclu à la formation de nanoparticules de carbure de molybdène et de nickel incorporées dans une matrice de nanofibres de carbone. En tant qu'électrocatalyseur pour l'oxydation de l'urée, les mesures électrochimiques ont indiqué que le composite proposé a une activité distincte lorsque la teneur en molybdène est optimisée. Généralement, les nanofibres préparées à partir de nanofibres électrofilées contenant 25 % en poids de précurseur de molybdène par rapport à l'acétate de nickel ont révélé les meilleures performances. Numériquement, en utilisant 0,33 M d'urée dans 1,0 M de KOH, les densités de courant obtenues étaient de 15,5, 44,9, 52,6, 30,6, 87,9 et 17,6 mA/cm2 pour les nanofibres préparées à 850 °C à partir de tapis électropsun contenant 0, 5, 10, 15, 25. et 35 chlorure de molybdène, respectivement. L'étude de la température de synthèse du composite proposé a indiqué que 1 000 °C est la température optimale de calcination. Des études cinétiques ont indiqué que la réaction d'électrooxydation de l'urée ne suit pas la loi d'Arrhenius.

Les scientifiques ont découvert que la pollution à l’urée peut provoquer la production par les algues océaniques d’un poison mortel appelé acide domoïque1. Paradoxalement, l’urée peut être manipulée comme une molécule porteuse d’hydrogène non toxique et ininflammable avec une densité énergétique de 16,9 MJ·L−1 (environ 10 fois plus que l’hydrogène). De plus, par rapport à l’eau, l’électrolyse de l’urée consomme moins d’énergie électrique2. Théoriquement, l'extraction de l'hydrogène de l'urée est un processus simple car il dépend d'une réaction exothermique selon les équations suivantes2,3,4,5,6 :

Cependant, en raison des surtensions élevées sur les électrodes signalées, aucun matériau d'anode connu ne pourrait accomplir cette tâche sans ajout de puissance. Outre la faible énergie requise (environ 0,37 V) par rapport à l'eau (1,23 V), l'extraction de l'hydrogène à partir de l'électrolyse de l'urée présente d'autres avantages : (1) produire un mélange gazeux non auto-enflammé en raison de l'absence d'oxygène, (2) convertir la pollution azotée présente dans les eaux usées en un produit sans danger pour l'environnement ; N2 et (3) ont incité les chercheurs à développer de nouveaux matériaux d'électrode présentant de faibles surpotentiels7.

Le nickel attire l'attention des chercheurs en tant que matériau d'anode dans la cellule d'électrolyse de l'urée résultant de la dégradation biologique de l'urée par l'uréase. Cette enzyme est constituée de deux molécules d’eau attachées au Ni+2 et d’un groupe hydroxyde pontant8,9. Un grand nombre d'études ont démontré que, dans un milieu alcalin, le nickel et les composés à base de nickel sont oxydés pour donner l'état actif du nickel (NiOOH) et fonctionnent ensuite comme catalyseur de réaction d'oxydation de l'urée (UOR)10,11. Cependant, l'activité électrocatalytique du nickel non modifié ne répond pas aux exigences minimales pour être une anode applicable, ce qui pourrait se traduire par une mauvaise formation des sites actifs requis. L'amélioration de l'activité électrocatalytique du nickel en vue de l'électrooxydation de l'urée a été menée selon deux stratégies principales : façonner le développement et invoquer un ou plusieurs co-catalyseurs. Dans la première voie, le métal de transition a été formulé soit sous forme brute, soit sous forme d'hydroxyde métallique (Ni(OH)2). À cet égard, plusieurs formulations nanostructurales ont été étudiées, notamment des réseaux de nanofils12, des nanomeshes13, des nanorubans14, des nanoflakes15 et des nanofeuilles16.