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

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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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