PL248593B1 - Sposób wytwarzania elektrokatalizatora na bazie celulozy - Google Patents
Sposób wytwarzania elektrokatalizatora na bazie celulozyInfo
- Publication number
- PL248593B1 PL248593B1 PL443653A PL44365323A PL248593B1 PL 248593 B1 PL248593 B1 PL 248593B1 PL 443653 A PL443653 A PL 443653A PL 44365323 A PL44365323 A PL 44365323A PL 248593 B1 PL248593 B1 PL 248593B1
- Authority
- PL
- Poland
- Prior art keywords
- cellulose
- char
- producing
- activated
- feso4
- Prior art date
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J21/00—Catalysts comprising the elements, oxides, or hydroxides of magnesium, boron, aluminium, carbon, silicon, titanium, zirconium, or hafnium
- B01J21/18—Carbon
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
- B01J23/70—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper
- B01J23/74—Iron group metals
- B01J23/745—Iron
Description
Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania elektrokatalizatora na bazie celulozy. Elektrokatalizator można stosować do elektrochemicznego uwalniania tlenu podczas reakcji elektrochemicznego rozszczepiania wody.
W literaturze znane są metody otrzymywania materiałów kompozytowych na bazie FeSO4 lub celulozy. Liang i in. (Nickel-Iron Nitride-Nickel Sulfide Composites for Oxygen Evolution Electrocatalysis. ACS Applied Materials & Interfaces, 2020, 12.37: 41464-41470) materiału kompozytowego na bazie FeSO4 jako prekursora do otrzymywania elektrokatalizatora do elektrochemicznego wydzielania tlenu. Zespół otrzymał materiał FeNi3-Ni3S2, który charakteryzował się niskim nadpotencjałem rzędu 230 mV. Dodatkowo otrzymany kompozyt FeNi3-Ni3S2 charakteryzował się niskim nachyleniem Tafela rzędu 39 mV dec-1. Xu Tao i inni (Ni@Ni2P Encapsulation in Interconnected N-Doped Carbonized Cellulose Nanofibril Network for Efficient Oxygen Evolution Reaction, ACS Sustainable Chemistry & Engineering, 8(4), 2020, str. 1859-1867) otrzymali nanowłókna celulozowe (CNF, ang. Cellulose NanoFibrils) wyprodukowane z naturalnych włókien roślinnych o charakterystycznej trójwymiarowej sieci, które wykorzystywali jako szkielety strukturalne i podłoża przewodzące dla materiałów elektrokatalitycznych. W wyniku jednoetapowej pirolizy aerożelu złożonego z CNF i soli niklu otrzymali nanocząstki Ni@Ni2P zamknięte w domieszkowanych azotem, połączonych ze sobą zwęglonych CNF i nanorurkach węglowych. Te hybrydowe katalizatory wykazały wysoką aktywność katalityczną w reakcji uwalniania tlenu (OER, ang. Oxygen Evolution Reaction) z niską wartością nadpotencjału 269 mV w gęstości prądu 10 mA cm-2 i niskim nachyleniem Tafela 65.0 mV dec-1. Pomiary wykonano w 1 M roztworze KOH.
Problemem technicznym do rozwiązania jest uaktywnienie elektrokatalizatora w celu wypromowania jego własności katalitycznych oraz wykorzystanie metali szlachetnych jako komercyjnych elektrokatalizatorów.
Sposób wytwarzania elektrokatalizatora na bazie celulozy, według wynalazku, charakteryzuje się tym, że mieszaninę roztworu aktywowanego karbonizatu celulozy i roztworu siedmiowodnego siarczanu (VI) żelaza (II) o stosunku wagowym aktywowanego karbonizatu celulozy do siedmiowodnego siarczanu (VI) żelaza (II) w zakresie od 1:1 do 5:1 poddaje się ciągłemu mieszaniu w temperaturze pokojowej w przedziale czasowym od 60 minut do 90 minut, po czym temperaturę mieszaniny zwiększa się w zakresie temperatur od 75°C do 85°C, aż do momentu całkowitego odparowania rozpuszczalnika. Stosuje się stosunek wagowy aktywowanego karbonizatu celulozy lub siedmiowodnego siarczanu (VI) żelaza (II) do rozpuszczalnika w zakresie od 1:10 do 1:20. Korzystnie stosuje się odpadowy siedmiowodny siarczan (VI) żelaza (II) lub odczynnikowy siedmiowodny siarczan (VI) żelaza (II) (cz.d.a.).
Celulozę poddaje się karbonizacji w temperaturze 850°C przez 2 godziny w atmosferze azotu, po czym otrzymany karbonizat celulozy poddaje się aktywacji KOH w 800°C, przy czym stosuje się stosunek wagowych karbonizatu do KOH równy 1:4.
Korzystnie jako rozpuszczalnik stosuje się wodę dejonizowaną lub etanol.
Stosuje się szybkość mieszania mieszaniny równą 300 obrotów/minutę.
Otrzymany materiał charakteryzuje się udoskonalonymi właściwościami katalizującymi elektrochemiczną reakcję uwalniania tlenu z wody, poprzez jej rozszczepienie. Dzięki obecności żelaza (Fe) i aktywowanego karbonizatu celulozy, cząstki są wydajniejsze w procesie uwalniania tlenu w porównaniu z komercyjnie stosowanym elektrokatalizatorem: RuO2. Dodatkową zaletą wynalazku jest możliwość zastosowania odpadowego FeSO4 jako zamiennika odczynnikowego FeSO4 oraz odpadowego materiału celulozowego. Zaletą zastosowania niniejszej procedury do otrzymywania materiałów elektrokatalizatycznych jest generowanie przez te materiały niskich wartości nadpotencjałów, które są kluczowe w poszukiwaniu wysoce wydajnego elektrokatalizatora. Dodatkową zaletą jest prosta metoda otrzymywania przedmiotu wynalazku bez zastosowania toksycznych rozpuszczalników.
Sposób według wynalazku przedstawiono w przykładach i na rysunku, gdzie Figura 1 przedstawia uproszczony schemat procesu syntezy kompozytu Cel/FeSO4, Figura 2 przedstawia dyfraktogramy rentgenowskie FeSO4 odczynnikowego oraz odpadowego po oczyszczaniu, Figura 3 przedstawia wyniki elektrochemiczne w kontekście nadpotencjałów podczas liniowej woltamperometrii przemiatania (ang. linear sweep voltammetry, LSV): (a) kompozytów celulozy i FeSO4 w różnych proporcjach (Cel: FeSO4 od 1:1 do 7:1), (b) kompozytów celulozy i FeSO4 odczynnikowego i odpadowego w stosunku o najlepszym wyniku nadpotencjału (Cel:FeSO4 5:1).
Przykład 1
Zsyntetyzowano kompozyt (Cel: FeSO4), poprzez rozpuszczenie skarbonizowanej (850°C, 2h, atmosfera azotu) oraz aktywowanej (za pomocą KOH, 1:4, 800°C) celulozy w wodzie destylowanej w proporcjach wagowych 1:10 (aktywowany karbonizat celulozy: woda - mieszanina A) i równoległe rozpuszczenie siedmiowodnego siarczanu (VI) żelaza (II) odpadowego w wodzie destylowanej w proporcjach wagowych 1:10 (FeSO4 7H2O: woda - mieszanina B). Następnie zmieszano mieszaniny A+B w proporcjach wagowych 1:1 (aktywowany karbonizat celulozy: FeSO4 7H2O). Reakcję prowadzono w trybie ciągłego mieszania (300 obr./min) na mieszadle magnetycznym z funkcją grzania, najpierw przez 60 min w temperaturze pokojowej, a następnie przez kolejne 12 godzin w 80°C, do momentu całkowitego odparowania rozpuszczalnika.
Przykład 2
Zsyntetyzowano kompozyt (Cel: FeSO4), poprzez rozpuszczenie skarbonizowanej (850°C, 2h, atmosfera azotu) oraz aktywowanej (za pomocą KOH, 1:4, 800°C) celulozy w wodzie destylowanej w proporcjach wagowych 1:20 (aktywowany karbonizat celulozy: woda - mieszanina A) i równoległe rozpuszczenie siedmiowodnego siarczanu (VI) żelaza (II) odczynnikowego (Sigma-Aldrich) w wodzie destylowanej w proporcjach wagowych 1:15 (FeSO4 7H2O: woda - mieszanina B). Następnie zmieszano mieszaniny A+B w proporcjach wagowych 2:1 (aktywowany karbonizat celulozy : FeSO4 7H2O). Reakcję prowadzono w trybie ciągłego mieszania (250 obr./min) na mieszadle magnetycznym z funkcją grzania, najpierw przez 90 min w temperaturze pokojowej, a następnie przez kolejne 12 godzin w 75°C.
Przykład 3
Zsyntetyzowano kompozyt (Cel:FeSO4), poprzez rozpuszczenie skarbonizowanej (850°C, 2h, atmosfera azotu) oraz aktywowanej (za pomocą KOH, 1:4, 800°C) celulozy w etanolu w proporcjach wagowych 1:15 (aktywowany karbonizat celulozy : etanol - mieszanina A) i równoległe rozpuszczenie siedmiowodnego siarczanu (VI) żelaza (II) odpadowego w wodzie destylowanej w proporcjach wagowych 1:20 (FeSO4 7H2O: woda - mieszanina B). Następnie zmieszano mieszaniny A+B w proporcjach wagowych 5:1 (aktywowany karbonizat celulozy : FeSO4 7H2O). Reakcję prowadzono w trybie ciągłego mieszania (350 obr./min) na mieszadle magnetycznym z funkcją grzania, najpierw przez 90 minut w temperaturze pokojowej, a następnie przez kolejne 11 godzin w 85°C.
Claims (4)
1. Sposób wytwarzania elektrokatalizatora na bazie celulozy, znamienny tym, że mieszaninę roztworu aktywowanego karbonizatu celulozy i roztworu siedmiowodnego siarczanu (VI) żelaza (II) o stosunku wagowym aktywowanego karbonizatu celulozy do siedmiowodnego siarczanu (VI) żelaza (II) w zakresie od 1:1 do 5:1 poddaje się ciągłemu mieszaniu w temperaturze pokojowej w przedziale czasowym od 60 minut do 90 minut, po czym temperaturę mieszaniny zwiększa się w zakresie temperatur od 75°C do 85°C, aż do momentu całkowitego odparowania rozpuszczalnika, przy czym stosuje się stosunek wagowy aktywowanego karbonizatu celulozy lub siedmiowodnego siarczanu (VI) żelaza (II) do rozpuszczalnika w zakresie od 1:10 do 1:20.
2. Sposób wytwarzania elektrokatalizatora, według zastrz. 1, znamienny tym, że celulozę poddaje się karbonizacji w temperaturze 850°C przez 2 godziny w atmosferze azotu, po czym otrzymany karbonizat celulozy poddaje się aktywacji KOH w 800°C, przy czym stosuje się stosunek wagowych karbonizatu do KOH równy 1:4.
3. Sposób wytwarzania elektrokatalizatora, według zastrz. 1, znamienny tym, że jako rozpuszczalnik stosuje się wodę lub etanol.
4. Sposób wytwarzania elektrokatalizatora, według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się szybkość mieszania mieszaniny równą 300 obrotów/minutę.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL443653A PL248593B1 (pl) | 2023-02-01 | Sposób wytwarzania elektrokatalizatora na bazie celulozy |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL443653A PL248593B1 (pl) | 2023-02-01 | Sposób wytwarzania elektrokatalizatora na bazie celulozy |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| PL443653A1 PL443653A1 (pl) | 2024-08-05 |
| PL248593B1 true PL248593B1 (pl) | 2025-12-29 |
Family
ID=
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Du et al. | A self-templating method for metal–organic frameworks to construct multi-shelled bimetallic phosphide hollow microspheres as highly efficient electrocatalysts for hydrogen evolution reaction | |
| Gao et al. | Core–shell heterostructure engineering of CoP nanowires coupled NiFe LDH nanosheets for highly efficient water/seawater oxidation | |
| Kuang et al. | Enhanced N-doping in mesoporous carbon for efficient electrocatalytic CO2 conversion | |
| Cheng et al. | FeOOH decorated CoP porous nanofiber for enhanced oxygen evolution activity | |
| Xue et al. | Construction of Co2P nanoparticles anchored on hollow N-doped porous carbon nanoleaf for high-efficiency water splitting | |
| Cao et al. | Improved hydrogen generation via a urea-assisted method over 3D hierarchical NiMo-based composite microrod arrays | |
| Li et al. | Engineering the coupling interface of rhombic dodecahedral NiCoP/C@ FeOOH nanocages toward enhanced water oxidation | |
| Chen et al. | PEO-PPO-PEO induced holey NiFe-LDH nanosheets on Ni foam for efficient overall water-splitting and urea electrolysis | |
| Zou et al. | Local electronic structure modulation of NiVP@ NiFeV-LDH electrode for high-efficiency oxygen evolution reaction | |
| Liu et al. | Metal–Organic-Framework-Derived Cobalt nanoparticles encapsulated in Nitrogen-Doped carbon nanotubes on Ni foam integrated Electrode: Highly electroactive and durable catalysts for overall water splitting | |
| CN113275027A (zh) | 一种生长在泡沫镍上以普鲁士蓝类似物为模板衍生的双金属磷化物的制备及应用 | |
| CN108325539A (zh) | 一种棒状自组装成花球状的钒修饰的Ni3S2电催化剂的合成方法 | |
| Peng et al. | A dynamic structure evolution and reaction pathway over Ni2P for enhancement toward furfural oxidation | |
| Xin et al. | High-entropy engineering in hollow layered hydroxide arrays to boost 5-hydroxymethylfurfural electrooxidation by suppressing oxygen evolution | |
| Nie et al. | Synergistic coupling of heterostructured porous CoP nanosheets with P doped NiO for highly efficient overall alkaline water splitting | |
| Liu et al. | NiCoP nanoparticles embedded in coal-based carbon nanofibers as self-supporting bifunctional electrocatalyst toward water splitting | |
| Bo et al. | CoP/Co2P hollow spheres embedded in porous N-doped carbon as highly efficient multifunctional electrocatalyst for Zn–air battery driving water splitting device | |
| Zong et al. | Electrospun nanofibers for electrochemical reduction of CO2: A mini review | |
| Yang et al. | V2O3/FeOOH with rich heterogeneous interfaces on Ni foam for efficient oxygen evolution reaction | |
| Nguyen et al. | Snowflake Co3O4-CuO heteroanode arrays supported on three-dimensional framework for enhanced oxygen evolution | |
| Liu et al. | Facile preparation of amorphous NiFe hydroxide by corrosion engineering for electrocatalytic water and urea oxidation | |
| CN113104833B (zh) | 一种生物炭基硬质泡沫碳、其制备方法和在电催化中的应用 | |
| Yuan et al. | Construction of bifunctional MOF-based composite electrocatalysts promoting oxygen evolution reaction and glucose oxidation reaction and its kinetic deciphering | |
| Wang et al. | Sulfonated polybenzimidazole engineering defect-induced N, S-codoped carbon-supported Co3C hybrid composite as high-efficiency electrocatalyst for oxygen evolution reaction | |
| Liu et al. | One-step growth of Ni3Fe-Fe3C heterostructures well encapsulated in NCNTs as superior self-supported bifunctional electrocatalysts for overall water splitting |