Reaction between Nickel Hydroxide and Cerium(IV) Ammonium Nitrate in Aqueous Solution

化学 无机化学 氢氧化物 水溶液 氧化剂 氢氧化铵 催化作用 非阻塞I/O 拉曼光谱 核化学 物理化学 有机化学 光学 物理
作者
Negah Hashemi,Subhajit Nandy,P. Aleshkevych,Keun Hwa Chae,Mohammad Mahdi Najafpour
出处
期刊:Inorganic Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:62 (30): 12157-12165 被引量:4
标识
DOI:10.1021/acs.inorgchem.3c01868
摘要

Cerium(IV) ammonium nitrate (CAN) has been extensively used as a sacrificial oxidant to study water-oxidation catalysts (WOCs). Although nickel hydroxide has been extensively investigated as WOCs, the water-oxidation reaction (WOR) and mechanistic studies in the presence of CAN and nickel hydroxide were rarely performed. Herein, using in situ Raman spectroscopy, in situ X-ray absorption spectroscopy, and in situ electron paramagnetic resonance spectroscopy, WOR in the presence of CAN and β-Ni(OH)2 was investigated. The proposed WOR mechanism involves the oxidation of β-Ni(OH)2 by CAN, leading to the formation of γ-NiO(OH). γ-NiO(OH), in the presence of acidic conditions, evolves oxygen and is reduced to Ni(II). In other words, the role of β-Ni(OH)2 is the storage of four oxidizing equivalents by CAN, and then a four-electron reaction could result in a WOR with low activation energy. β-Ni(OH)2 in CAN at concentrations of 0.10 M shows WOR with a maximum turnover frequency and a turnover number (for 1000 s) of 5.5 × 10-5/s and 2.0 × 10-2 mol (O2)/mol(Ni), respectively. In contrast to β-Ni(OH)2, Ni(OH2)62+ (aq) could not be oxidized to γ-NiO(OH). Indeed, Ni(OH2)62+ (aq) is the decomposition product of β-Ni(OH)2/CAN.

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