Ultralow-voltage hydrogen production and simultaneous Rhodamine B beneficiation in neutral wastewater

析氧 制氢 阳极 材料科学 分解水 化学工程 碳纤维 罗丹明B 化学 催化作用 电极 电化学 物理化学 复合材料 光催化 工程类 复合数 有机化学 生物化学
作者
Xiang Peng,Song Xie,Shijian Xiong,Yang Li,Peng Wang,Xuming Zhang,Zhitian Liu,Liangsheng Hu,Biao Gao,Peter Kelly,Paul K. Chu
出处
期刊:Journal of Energy Chemistry [Elsevier BV]
卷期号:81: 574-582 被引量:27
标识
DOI:10.1016/j.jechem.2023.03.022
摘要

Electrocatalytic water splitting for hydrogen production is hampered by the sluggish oxygen evolution reaction (OER) and large power consumption and replacing the OER with thermodynamically favourable reactions can improve the energy conversion efficiency. Since iron corrodes easily and even self-corrodes to form magnetic iron oxide species and generate corrosion currents, a novel strategy to integrate the hydrogen evolution reaction (HER) with waste Fe upgrading reaction (FUR) is proposed and demonstrated for energy-efficient hydrogen production in neutral media. The heterostructured MoSe2/MoO2 grown on carbon cloth (MSM/CC) shows superior HER performance to that of commercial Pt/C at high current densities. By replacing conventional OER with FUR, the potential required to afford the anodic current density of 10 mA cm−2 decreases by 95%. The HER/FUR overall reaction shows an ultralow voltage of 0.68 V for 10 mA cm−2 with a power equivalent of 2.69 kWh per m3 H2. Additionally, the Fe species formed at the anode extract the Rhodamine B (RhB) pollutant by flocculation and also produce nanosized magnetic powder and beneficiated RhB for value-adding applications. This work demonstrates both energy-saving hydrogen production and pollutant recycling without carbon emission by a single system and reveals a new direction to integrate hydrogen production with environmental recovery to achieve carbon neutrality.
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