Electrocatalytic transformation of oxygen to hydroxyl radicals via three-electron pathway using nitrogen-doped carbon nanotube-encapsulated nickel nanocatalysts for effective organic decontamination

激进的 碳纳米管 氧气 纳米材料基催化剂 化学 电化学 电催化剂 羟基自由基 纳米颗粒 化学工程 材料科学 光化学 无机化学 电极 纳米技术 有机化学 物理化学 工程类
作者
Mohua Li,Liang Bai,Shengtao Jiang,Mika Sillanpää,Yingping Huang,Yanbiao Liu
出处
期刊:Journal of Hazardous Materials [Elsevier BV]
卷期号:452: 131352-131352 被引量:96
标识
DOI:10.1016/j.jhazmat.2023.131352
摘要

The selective electrochemical reduction of oxygen (O2) via 3e- pathway for the production of hydroxyl radicals (HO) is a promising alternative to conventional electro-Fenton process. Here, we developed a nitrogen-doped CNT-encapsulated Ni nanoparticle electrocatalyst (Ni@N-CNT) with high O2 reduction selectivity for the generation of HO•via 3e- pathway. Exposed graphitized N on the CNT shell, and Ni nanoparticles encapsulated within the tip of the N-CNT, played a key role in the generation of H2O2 intermediate (*HOOH) via a 2e- oxygen reduction reaction. Meanwhile, those encapsulated Ni nanoparticles at the tip of the N-CNT facilitated the sequential HO• generation by directly decomposing the electrogenerated *H2O2 in a 1e- reduction reaction on the N-CNT shell without inducing Fenton reaction. Improved bisphenol A (BPA) degradation efficiency were observed when compared with conventional batch system (97.5% vs 66.4%). Trials using Ni@N-CNT in a flow-through configuration demonstrated a complete removal of BPA within 30 min (k = 0.12 min-1) with a limited energy consumption of 0.068 kW·h·g-1 TOC.
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