Low-Temperature Decomposition and Oxidation of the Nerve Agent Simulant on Mesoporous Nickel Oxide and Cu-Doped Nickel Oxide

材料科学 氧化镍 氧化物 介孔材料 分解 兴奋剂 无机化学 化学工程 热分解 冶金 催化作用 有机化学 化学 光电子学 工程类
作者
Matthew B. Leonard,Tianyu Li,Efrain E. Rodriguez
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:16 (29): 38757-38767
标识
DOI:10.1021/acsami.4c07620
摘要

In an effort to develop the next frontier filtration material for chemical warfare agent (CWA) decomposition, we synthesized mesoporous NiO and CuxNi1-xO (x = 0.10 and 0.20) and studied the decomposition of CWA simulant diisopropyl fluorophosphate (DIFP) on their surfaces. Mesoporous NiO and CuxNi1-xO were fully characterized and found to be a solid solution with no phase separation up to 20% copper dopant. The synthesized materials were successfully templated producing ordered mesoporous metal oxides with high surface areas (67.89- 94.38 m2/g). Through Raman spectroscopy, we showed that pure NiO contained a high concentration of Ni2+ vacancies, while Cu2+ reduced these defects. Through in situ infrared spectroscopy, we determined the surface species formed, potential pathways, and driving factors for decomposition. Upon exposure of DIFP, all materials produced similar decomposition products CO, CO2, carbonyls, and carbonates. However, decomposition reactions were sustained longer on mesoporous NiO, facilitated by the higher Ni2+ vacancy concentration. NiO was further studied with DIFP, first at low dosing temperatures (-50 °C), which still resulted in the production of CO and carbonates, and then, second, with a higher pretreatment temperature, which showed the importance of terminal hydroxyls/water to fully oxidize decomposition products to CO2. Mesoporous NiO demonstrated high decomposition and oxidation capabilities at temperatures below room temperature, all without any external excitation or noble metals, making it a promising frontier filtration material for CWA decomposition.
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