Valorização do Co gasto duplamente substituído

Scientific Reports volume 12, Número do artigo: 19354 (2022) Citar este artigo

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Encontrar materiais eletrocatalisadores adequados e baratos para a oxidação do metanol é um desafio significativo. A valorização de resíduos de nanoadsorventes de águas residuais usadas é uma rota promissora para alcançar as diretrizes da economia circular. Neste estudo, o residual de dupla camada de hidróxido (LDH) pode ser usado como um eletrocatalisador em células de combustível de metanol direto como uma nova abordagem. O LDH Co–Ni–Zn–Fe foi preparado pelo método de coprecipitação seguido da adsorção de laranja de metila (MO). Além disso, o adsorvente gasto foi calcinado em diferentes temperaturas (200, 400 e 600 °C) para ser convertido nos correspondentes óxidos metálicos mistos (MMO). As amostras preparadas foram caracterizadas usando medidas de XRD, FTIR, HRTEM, potencial zeta e tamanho hidrodinâmico. O adsorvente gasto foi testado como um eletrocatalisador para eletro-oxidação direta de metanol. O adsorvente LDH/MO gasto mostrou uma densidade de corrente máxima de 6,66 mA/cm2 a uma taxa de varredura de 50 mV/s e uma concentração de metanol de 1 M. O adsorvente MMO/MO gasto mostrou uma densidade de corrente máxima de 8,40 mA/cm2 a uma temperatura de calcinação de 200 °C, taxa de varredura de 50 mV/s e uma concentração de metanol de 3 M. Ambas as amostras apresentam estabilidade razoável ao longo do tempo, conforme indicado pela resposta cronoamperométrica. A nanoengenharia adicional de nanoadsorventes usados ​​pode ser um caminho promissor para reaproveitar esses resíduos como catalisadores de eletro-oxidação.

Produzir energia de forma limpa e sustentável é um dos grandes desafios mundiais. As células de combustível têm atraído muita atenção para a geração de energia em comparação com outros dispositivos de armazenamento de energia padrão por causa de suas características únicas, como baixo custo, poluição atmosférica inovadora de baixas emissões e estrutura simples1. As tecnologias de células de combustível são um método limpo para produzir energia elétrica a partir de energia química armazenada com alta eficiência de conversão direta e pouca poluição ambiental2. As células de combustível de metanol direto (DMFCs) são fontes de energia promissoras para aplicações como veículos elétricos e dispositivos eletrônicos portáteis. Baixa temperatura operacional, facilidade de transporte e armazenamento de combustível, alta eficiência energética e partida rápida são apenas alguns dos benefícios do metanol como combustível3. A platina é o catalisador de ânodo DMFC mais comumente usado porque tem uma excelente atividade eletrocatalítica para metanol e estabilidade a longo prazo em uma solução eletrolítica. No entanto, a platina é cara e rapidamente envenenada por CO ou outros intermediários carbonáceos, resultando em uma diminuição do desempenho eletrocatalítico4,5.

Por causa de sua alta área de superfície em relação ao volume, estrutura incomum e características físico-químicas atraentes, os nanomateriais são interessantes no estudo da eletroquímica6. Um número significativo de materiais 2D atomicamente finos foi sintetizado, incluindo calcogenetos metálicos, fosforeno, nitreto de boro e hidróxidos duplos em camadas (LDHs)7. LDHs são compostos principalmente de camadas de hidróxido metálico semelhantes a brucita carregadas positivamente separadas por ânions hidratados intercalados fracamente ligados, que são comumente denotados como [M(1−x)2+M(x)3+(OH)2]x+[An −]x/n·mH2O, onde M2+ e M3+ são cátions metálicos divalentes e trivalentes, respectivamente, e An− é o ânion balanceador de carga8. O resíduo de LDH pode ser usado como um eletrocatalisador em células de combustível de metanol direto (DMFCs) como uma nova abordagem9. A valorização de resíduos tem sido reconhecida como uma das melhores rotas para alcançar e implementar as estratégias e etapas de uma economia circular10. A valorização de resíduos oferece uma abordagem sustentável para mitigar os impactos ambientais adversos dos resíduos municipais e industriais11. Uma das fontes desafiadoras de resíduos industriais são os nanoadsorventes gastos saturados com vários tipos de poluentes. A principal fonte de poluição da água são os corantes orgânicos liberados de resíduos industriais que são extremamente nocivos devido à sua natureza cancerígena12. Vários métodos para remover poluentes biológicos e da água do meio ambiente e águas residuais domésticas foram desenvolvidos13. Explorar novas rotas para reutilizar adsorventes usados ​​é uma tarefa persistente e desafiadora que requer um esforço considerável para ser enfrentada. Rial et al.14. Revisou recentemente as abordagens relatadas para valorizar adsorventes de águas residuais usadas. Tais abordagens incluem reciclá-los como catalisadores para síntese química, reaplicá-los como adsorventes adicionais para outros poluentes, seu uso como cargas de cimento e/ou seu uso em algumas aplicações industriais diversas14.