在最近发表的《开放式杂志》上发表的论文中今天的催化，研究人员评估了一种绿色和经济策略的土壤模拟方法，以利用环境有害的废物生物量物质来产生减少氧气反应（ORR）电催化剂，以用于能源应用。
学习：土壤模拟的介孔碳的合成来自ORR催化的生物量废物。图片来源：JH Bispo/Shutterstock.com
背景
全球能源需求不断上升，以及化石燃料储量的不断下降，鼓励研究人员寻找环保的替代能源。除了包括太阳能，海洋，风能和水力发电在内的可再生能源外，在燃料电池，太阳能电池和超级电容器等能源设备中使用生物质材料还引起了人们的注意以满足未来的能源需求。欧洲杯足球竞彩
发生在燃料电池阴极处的氧还原反应（ORR）通过电化学反应将燃料的化学能以及环境氧转化为电能，该反应涉及由于反应的慢速动力学，涉及耐用，电化学活性和有效的电催化剂。铂（PT）在ORR动力学方面具有最佳的催化性能，但由于其稀缺性和高成本而不是可取的。
由于氮（N）具有与碳相似的原子大小，同时具有更高的电负原子，因此N掺杂的碳纳米材料和其他杂原子是合适的电催化剂。欧洲杯足球竞彩但是，正在争论n个主动站点在增强ORR性能中的功能。此外，基于碳的电催化剂的生产使用更具成本的方法和刺激性的化学品，从而使它们在商业上可行。
源自生物质的多孔碳在调整最终产品应用所需的结构质体关系方面可能是有利的。由于应用性能可能会受到多孔结构排列的影响，因此已经使用了几种诸如模板辅助合成，化学和物理激活以及碳前化等策略。模板方法包括硬模板，例如使用氧化石墨烯和N掺杂的三维（3D）微孔碳纳米片以及涉及使用石墨氮化碳碳的软模板。
关于研究
在这项研究中，使用杂原子和碳前体源自残留的家禽和厨房废物生物量，自载多孔碳。土壤被用作模板以及生物质废物分解培养基。提出了使用生物量废物对这些介孔碳进行模板辅助，无化学的制备。
该团队使用了生物量残基，盐酸（HCL）和EDTA。采购的厨房废物是接地的，并与家禽废物彻底混合。在20天后收集了形成的生物塑料，然后加热以去除水分，然后将其研磨成均匀的粉末。然后将粉末以1,100（样品C3），900（样品C2）和700°C（样品C1）进行碳碳酸化，然后进行离心，直到每个样品达到中性pH值。
使用场发射扫描电子显微镜（FESEM）检查样品形态，而X射线衍射仪用于记录样品衍射图（XRD）。使用热重分析（TGA）检查了样品的热稳定性，而VG Microtech Escalab 201进行了执行X射线光电光谱（XPS）。此外，对样品进行的电化学研究包括线性扫描伏安法（LSV）和环状伏安法（CV）。
观察
与在700°C下的样品相比，由于孔隙塌陷，FESEM图像在样品C3中的孔隙率破坏在1,100°C下的孔隙率破坏。这表明可以用温度控制结构孔隙率。所有样品均显示出H具有H的IV等温线2滞后，指出它们是介孔的，因此在电催化应用中可能是有希望的候选人。
此外，对XRD模式的研究表明，所有样品均具有石墨结构，这可能会增加电催化剂的电导率。对样品ORR性能的电化学活性的评估表明，C2样品的表现优于其余样品。
所有样品的LSV测量进一步支持了这一点。使用Koutecky-Levich（K-L）图对电化学性能的进一步评估暗示，C2样品的ORR过程采用了四电子路径，这直接降低了O2分子到羟基物种。
结论
总而言之，团队制备了来自自然分解生物质废物的杂原子的多孔碳，然后是高温碳化。在900°C处理的介孔电催化剂表现出较大的孔径，更高的石墨化度和最佳的电催化性能，具有高限制电流密度和阳性发作电位。
根据作者的说法，这项研究为家庭和家禽厨房废物的处置和有效利用提供了有希望的策略。土壤充当天然模板以及用于生产多孔碳的分解介质，孔径的介孔分布以及众多杂原子的自兴奋剂。这提高了ORR过程的效率，该方法可以帮助获得更好的能源，环境和催化应用的结果。
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来源
Jong-hyeok公园，Prabhsharan Kaur，Jin-Soo Park和S.S. Sekhon，来自生物质废物的介孔碳的土壤合成，用于ORR催化，今天的催化，（2021）doi：https://doi.org/10.1016/j.cattod.2022.08.011
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