《不同维度纳米材料的制备及其在检测和电催化硝酸根还原中的应用研究》

一、研究内容概括

随着工业的迅速发展，环境问题日趋严峻。纳米技术的发展为环境污染物的处理带来了新机遇。论文以解决环境问题为主要出发点，通过有目标的合理设计，成功制备了具有检测环境中锰离子以及电催化还原硝酸盐的纳米材料。

二、图文介绍

1、基于柱[5]芳烃配位聚合物的钴掺杂NiO碳纳米花

（1）形貌表征：从XRD图中可以看到，配体CP[5]在2980和1750cm-1处的-OH和C=O键均消失，所制备的配位聚合物纳米花中出现新的峰分别归属于氢键，N-H键，C-N键，以及O-金属的伸缩振动吸收峰，新峰的出现说明了配体和金属之间新键的形成，表明配位聚合物的成功制备。此外，配位聚合物与NiCo-LDHs 晶体吻合的XRD表征这也可以证明配位聚合物的成功制备。

（2）NRR性能表征：空白碳纸与材料电极的LSV和CV测试显示，在同一电位下，材料电极的电流密度要低于空白电极，即说明材料表现出还原反应，在电解液体系中，表现为阴极电极的析氢反应。NO3--N的加入导致阴极电流明显增加，而电流增量是阴极NO3--N还原的电催化活性指标。这些结果清楚地证明了Co-NiO CF的高效NO3-还原性能。

2、六方纳米片的高效电子传递增强电催化硝酸盐还原成氨

（1）形貌表征：从图中可以清晰地看出，六边形的形貌可以几乎完美地保留下来，而且纳米颗粒仍附着在其表面。同时，从EDS表明HXP-P@NC除了原有的Ni，Fe，C和O元素外还有磷元素，说明HXP-P@NC的成功制备。

（2）NRR性能表征：体系在阴极发生催化NO3--N的还原反应，在阳极上发生催化水分解反应。通过电位测试，再综合考虑转换率和选择性，最终确定-1.6 V为工作电位。同时在不同体系中对NO3--N的去除率，NH4+-N和NO2- -N的生成率进行了考量。最终选择0.05 M Na2SO4-0.01 M NaCl作为催化测试的最佳体系。

3、大量制备的铜纳米颗粒作为阴极促进水中电催化硝酸盐还原成氨

（1）形貌表征：从微观结构上来看，CuNPs呈单分散的球形颗粒，形貌均一。从XRD谱图中结果表示，大量制备的Cu NPs在43.3%、50.4°和 74.1 °的特征峰与Cu NPs的特征峰相匹配。同时在HR-TEM显示出明显的晶格，说明通过该方法制得的Cu NPs具备良好的结晶性。分析所得0.21 nm的晶格间距与XRD中Cu NPs的(111)面相匹配，说明该单分散Cu NPs的成功制备。

（2）NRR性能表征：从图中的数据可以直观的看出，在不同底物浓度NO3--N的转化率均在96 %以上，并且随体系初始浓度的增加，NO3--N的转化率也在相应的增加。此外，NH4+-N的生成率保持在88.8 %以上，NO2--N的生成率低至1.4 %以下，说明催化剂具有较高的活性。所得数据进一步说明Cu NPs良好的催化效果和高的选择性。其主要原因在小尺寸的Cu NPs能暴露更多的活性位点，小纳米尺寸被认为可以促进NH4+-N的产生，因为NPs上丰富的边和角有利于N-H相互作用，而高浓度的底物增加电解液中的离子浓度。

三、结论

本文结合纳米材料的小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应和介电限域效应，合理的设计出具有特定性能的纳米材料，经表征显示材料的成功制备以及良好的检测和催化活性，能够成功的表现出硝酸盐还原中展现出优良的催化活性。

转自：“科研一席话”微信公众号

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