Studi elektrokatalitik NiO-MOF dengan komposit karbon aktif untuk reaksi oksidasi metanol

Studi elektrokatalitik NiO-MOF dengan komposit karbon aktif untuk reaksi oksidasi metanol

Dalam karya ini, reaksi oksidasi metanol diselidiki pada kerangka organik logam berbasis Ni (MOF) dan kompositnya dengan karbon aktif turunan biomassa. NiO-MOF dan komposit dengan karbon aktif disintesis menggunakan metode hidrotermal. Teknik SEM, EDX, dan XRD, FTIR, TGA digunakan untuk karakterisasi komposit. Aktivitas elektrokimia katalis untuk oksidasi metanol diuji menggunakan voltametri siklik (CV) dalam 1 M KOH dan 3 M CH3OH pada elektroda glassy carbon dalam tiga konfigurasi elektroda. 

Kinerja elektrokimia menunjukkan pengaruh konsentrasi karbon aktif terhadap oksidasi metanol. Elektro-oksidasi yang dikatalisasi oleh NiO-MOF dengan komposit karbon aktif (40 mg) menunjukkan kerapatan arus puncak 182,72 mA/cm2 pada potensial 0,89 V dengan laju pemindaian 50 mV/s menjadikannya katalis potensial untuk elektrokatalisis metanol.

Kata Pengantar

Krisis energi global, cadangan energi yang akan datang dan lingkungan yang memburuk membutuhkan energi hijau alternatif. Selain itu, teknologi konversi energi yang berkelanjutan dan mahir sangat dibutuhkan karena berkurangnya bahan bakar fosil dengan cepat dan kekhawatiran besar masyarakat manusia tentang pencemaran lingkungan. 

Agar teknologi pembangkit energi intermiten memperkuat pijakannya, solusi penyimpanan energi harus berkinerja lebih baik dan layak secara ekonomi. Penerapan teknologi sel bahan bakar telah sangat didorong untuk menekan emisi karbon dioksida. Berbagai sumber telah dieksplorasi untuk menghasilkan energi yang berkelanjutan, ramah lingkungan dan murah. Sel bahan bakar menganggap kandidat ideal memenuhi semua persyaratan ini.

Berbagai bahan dapat digunakan sebagai katalis seperti platina dan paduan platina. Namun, platinum dan paduannya menjadi logam mahal meningkatkan biaya keseluruhan sel bahan bakar. Dalam beberapa tahun terakhir penelitian telah bergeser menemukan katalis alternatif dengan aktivitas tinggi, stabilitas tinggi dan biaya rendah. Zhao dkk. bintang yang dilaporkan seperti nanopartikel Pt-Cu / rGO sebagai elektrokatalis untuk oksidasi metanol. Nanopartikel yang dilaporkan menunjukkan kepadatan 40,2 mA/mg pada kecepatan pemindaian 50 mV/s dalam 1 M CH3OH dan 0,5 M H2SO4. 

Selain itu, Qiu et al. melaporkan platinum dan graphene nanocomposites untuk oksidasi metanol. Komposit yang dilaporkan menunjukkan kerapatan arus 2,53 mA/cm2 pada laju pemindaian 10 mV/s dalam larutan 1 M H2SO4 dan 2 M CH3OH7. Baru-baru ini, keluarga baru dari padatan berpori yang disebut polimer koordinasi berpori atau kerangka organik logam (MOFs) menjadi populer sebagai elektrokatalis untuk sel bahan bakar. Biasanya, MOFs dibentuk dengan menggabungkan logam dan ligan melalui ikatan koordinasi. Mereka dicirikan oleh tingkat kristalinitas maksimum, porositas; luas permukaan dan ukuran pori yang tinggi jelas melampaui bahan berpori lainnya. 

Para peneliti telah menemukan bahwa perubahan kecil pada kelompok fungsional yang terletak di penghubung dapat sangat meningkatkan sifat potensial MOF; misalnya dalam penghantaran obat, katalisis heterogen, penyimpanan gas, pemisahan dan sebagainya. Penerapan MOF dalam katalisis ditentukan berdasarkan prinsip-prinsip sintetik yang berhasil dikembangkan; yang meliputi enkapsulasi katalis dalam kerangka kerja, stabilisasi partikel berukuran nano yang berfungsi secara katalitik, heterogenisasi katalisis yang sesuai, penyisipan pasca sintesis situs logam katalitik dan aliansi katalisis dengan pemisahan kimia

Elektrokatalis berbasis karbon telah menunjukkan portofolio yang menjanjikan selama bertahun-tahun. Mereka memberikan kekuatan mekanik yang baik, meningkatkan luas permukaan aktif, dan meningkatkan konduktivitas dengan biaya lebih rendah. Namun masalahnya adalah aktivitas mereka yang rendah. Jadi, komposit bahan berbasis karbon dibuat dengan bahan aktif elektrokimia lainnya seperti MOF. MOFs adalah bahan kristal dengan porositas tinggi dan aktivitas tinggi. Aktivitas dan stabilitasnya dapat ditingkatkan dengan penggabungan karbon. Mehek dkk. melaporkan komposit Co-MOF-71, dan Co-MOF-71/GO. 

Kepadatan arus yang cukup tinggi membuat mereka menjanjikan pengganti elektrokatalis mahal lainnya untuk berbagai aplikasi sel bahan bakar. Mereka menunjukkan kerapatan arus 29,1 mA/cm2 pada 50 mV/s. Aktivitas elektrokatalitik yang cukup besar dan stabilitas bahan yang disiapkan untuk oksidasi metanol dikaitkan dengan efek yang sesuai dari Co-MOF dan graphene oxide. Nur dkk. melaporkan komposit NiO-MOF dan 1-5, 8% rGO NiO-MOF. Di antara semua komposit yang dipelajari oleh mereka, 5wt% rGO NiO-MOF menunjukkan kerapatan arus superlatif 285,73 mA/cm2 pada 50 mV/s dalam metanol 3 M dan larutan NaOH 1 M. Yaqoob dkk. melaporkan Ni-BTC MOF dan kompositnya dari 1-5 dan 8% berat rGO untuk oksidasi metanol. Hasil terbaik diperoleh untuk Ni-BTC/4 wt% rGO sekitar 200,22 mA/cm2 yang diberikan 0,69 V dan 50 mV/s dalam larutan CH3OH 2 M dengan NaOH 1 M sebagai elektrolit pendukung. Selain itu, dengan bertambahnya jumlah katalis, rapat arus secara bertahap meningkat hingga 2 mg, yang diakui sebagai konsentrasi ideal untuk pengujian elektrokimia.

Dalam karya ini, kami melaporkan kerangka organik logam berbasis nikel dan kompositnya dengan karbon aktif (AC) yang diturunkan dari biomassa sebagai bahan katalitik yang efisien untuk reaksi oksidasi metanol. Pekerjaan ini berfokus pada studi elektrokatalitik NiO-MOF dan kompositnya dengan AC dalam media alkali. Semua rangkaian komposit kerangka organik logam yang disiapkan menunjukkan aktivitas elektrokatalitik tinggi yang luar biasa dengan AC untuk meningkatkan konduktivitas katalis.

Eksperimental

Semua reagen dan bahan kimia dibeli dari Sigma-Aldrich dengan kualitas superlatif dan digunakan tanpa perubahan lebih lanjut. Bahan kimia yang digunakan adalah nikel nitrat heksa hidrat (NiNO3.6H2O), asam benzena dikarboksilat (asam tereftalat), N,N-dimetilformamida (DMF), trietilamin (TEA) dan asam fosfat (H3PO4).

Sintesis NiO-MOF

NiO-MOF disintesis dari metode yang sudah dilaporkan. Dalam 100 ml DMF dan 0,41 g asam tereftalat dilarutkan dengan pengadukan. Kemudian, beberapa tetes trietil amina ditambahkan ke dalam larutan. Nikel nitrat heksahidrat (0,61 g) kemudian ditambahkan, dan larutan yang dihasilkan diaduk selama 30 menit. Larutan yang telah disiapkan dituangkan ke dalam autoklaf (berlapis teflon) dan dipanaskan pada suhu 120 °C selama 24 jam dalam oven. Kristal NiO-MOF dikumpulkan melalui penyaringan, dicuci berulang kali dengan DMF untuk mencuci bahan organik ekstra diikuti dengan pengeringan dalam oven vakum pada suhu 80 °C.

Sintesis karbon aktif dari limbah

Limbah daun tanaman Lantana yang jatuh dikumpulkan dari kebun dan dicuci bersih untuk menghilangkan semua kotoran. Setelah pengeringan yang tepat, daun digiling untuk mengurangi ukurannya sampai dapat melewati ukuran mata jaring 200 mikron. Kemudian, sampel bubuk yang diperoleh dilarutkan dalam larutan asam fosfat encer (H3PO4) selama 16 jam. Kemudian dikalsinasi pada suhu 550 °C untuk mengaktifkannya, karena suhu ini menghasilkan peningkatan pembakaran karbon dan evaluasi volatil dari sampel. Pencucian asam/netralisasi dilakukan dengan air suling untuk menghilangkan asam yang tidak bereaksi dan menetralkan pH larutan hingga 6-7. AC yang dihasilkan kemudian dikeringkan dan disimpan untuk digunakan lebih lanjut. Bahan tanaman yang digunakan dalam penelitian ini sesuai dengan pedoman dan undang-undang kelembagaan, nasional, dan internasional yang relevan.

Sintesis komposit NiO-MOF @ AC

Dalam 100 ml DMF, asam tereftalat (0,41 g) dilarutkan dengan pengadukan. Kemudian, beberapa tetes trietil amina ditambahkan ke dalam larutan. Nikel nitrat heksahidrat (0,61 g) kemudian ditambahkan ke dalam larutan dan larutan yang dihasilkan diaduk selama 30 menit. Karbon aktif (10-60 mg) ditambahkan ke dalam larutan dan diaduk selama 2 jam. Larutan yang telah disiapkan dituangkan ke dalam autoklaf (berlapis teflon) dan dipanaskan pada suhu 120 °C selama 24 jam dalam oven. Kristal NiO-MOF@AC dikumpulkan melalui filtrasi, dicuci berulang kali dengan DMF untuk mencuci bahan organik ekstra diikuti dengan pengeringan dalam oven vakum pada suhu 80 °C Gambar 1 menunjukkan skema langkah persiapan untuk komposit NiO-MOF @AC.

Karakterisasi katalis dan analisis unsur

Scanning Electron Microscopy (SEM) dilakukan dengan VEGA3 TESCON pada resolusi dan tegangan 20 kV yang berbeda untuk mempelajari morfologi permukaan. Spektroskopi dispersi energi yang dilengkapi dengan SEM juga digunakan untuk mempelajari analisis unsur komposit pada tiga titik yang berbeda. Difraktometer serbuk sinar-X (XRD STOE Germany) digunakan untuk mengamati kisi kristal komposit. Mesin XRD dihubungkan dengan antarmuka komputer yang memiliki Cu Kα pada = 1,5418 dan sudut difraksi 2θ divariasikan pada kisaran 5–70° dengan ukuran langkah 4° s−1. Dengan bantuan spektrofotometer 100 FT-IR spektrum Perkin, koordinasi ligan logam dibuktikan pada kisaran bilangan gelombang 500–4000 cm−1. Analisis termo-gravimetri (TGA) digunakan dengan menggunakan DTG-60H untuk menguji stabilitas termal komposit seperti NiO-MOFAC (40 mg) dalam atmosfer nitrogen.

LAYANAN ADY WATER

Jual karbon aktif dengan merek import: HAYCARB, JACOBI, CALGON, dan NORIT. Merek karbon aktif lokal: KARBON AKTIF ADY WATER. Kemasan karbon aktif 25 kg per karung untuk karbon import, untuk karbon lokal 25 kg per karung dan 20 kg per karung. Menyediakan karbon aktif lokal eceran kiloan, untuk import tidak eceran. Fungsi karbon aktif untuk filter air bersih, filter air minum, filter air aquarium, filter air kolam, filter air proses industri, filter air lingkungan, dekolorisasi, gula rafinasi, pemulihan emas (gold recovery), menghilangkan klorin, bau pada air, dll.

Jual silica gel minimal pembelian 1 kg. Ukuran sachet silica gel yang dijual 1 gram, 2 gram, 5 gram, 10 gram, 25 gram, 50 gram, 100 gram, 250 gram, 500 gram, 1 kilogram. Jual silica gel curah per karung 25 kilogram. Sudah suplai silica gel untuk kebutuhan bandara, industri sepatu, makanan (FOOD GRADE), gas separasi / kromatografi kolom, aquarium, kebutuhan pribadi, dll

Kemasan per karung 50 kg. Sudah suplai untuk PDAM, PLTU, kebutuhan boiler industri, venue olahraga (PON / Pekan Olahraga Nasional), water treatment industri, water treatment rumah tangga

Nomor WA Sales Yang Mudah Dihubungi

Senang dapat membantu Anda, Semoga kami dapat segera menyelesaikan masalah air yang sedang Anda hadapi. Terimakasih

1. Ghani 0821 2742 4060

2. Yanuar 0812 2165 4304

3. Rusmana 0821 2742 3050

4. Fajri 0821 4000 2080

5. Kartiko 0812 2445 1004

6. Andri 0812 1121 7411

Alamat kantor/gudang Ady Water yang bisa dikunjungi langsung. 

Silahkan Bapak/Ibu mengunjungi alamat kantor/gudang kami. Kami akan melayani Anda dengan senang hati dan semoga dapat membantu masalah air yang sedang Anda hadapi. 

1. Alamat Bandung:

Jalan Mande Raya No. 26, RT/RW 01/02 Cikadut-Cicaheum, Bandung 40194

2. Alamat Jakarta Timur

Jalan Tanah Merdeka No. 80B, RT.15/RW.5 Rambutan, Ciracas, Jakarta Timur 13830

3. Alamat Jakarta Barat

Jalan Kemanggisan Pulo 1, No. 4, RT/RW 01/08, Kelurahan Pal Merah, Kecamatan Pal Merah, Jakarta Barat, 11480

Katalog Ady Water

http://bit.ly/KatalogAdyWater