An Electrode with Two‐Level Porosity for Electro‐Fenton: Carbon Nanofiber‐Functionalized Macroporous Nickel Foam

材料科学 碳纳米纤维 化学工程 催化作用 多孔性 电化学 电极 碳纤维 石墨 过氧化氢 纳米颗粒 复合材料 纳米技术 化学 冶金 有机化学 碳纳米管 复合数 物理化学 工程类
作者
Alexander Limper,Mojtaba Mohseni,Robert Keller,John Linkhorst,Jürgen Klankermayer,Matthias Weßling
出处
期刊:Advanced sustainable systems [Wiley]
卷期号:7 (3) 被引量:3
标识
DOI:10.1002/adsu.202200408
摘要

Abstract Carbon is an established electrode material in electrochemical reactors, e.g., for the generation of hydrogen peroxide (H 2 O 2 ). Common structures are graphite felts or carbon fibers. These materials usually lack adequate electrochemical activity, hence more selectively active moieties need to be introduced. Furthermore, the commonly porous materials require immobilization concepts which normally include polymeric binders that partly block the porous surface and may entail secondary pollution. This work introduces carbon nanofibers (CNFs), synthesized on nickel foams via catalytic carbon decomposition, as a novel, binder‐free electrode with two‐level porosity. The fibers are in the range of few nanometers and comprise embedded nickel nanoparticles (30–250 nm). The CNFs are deposited as a thin layer on a nickel foam, not affecting its intrinsically open‐porous nature. The as‐synthesized CNF/Ni foams show H 2 O 2 production rates as high as 1.1 mg h −1 cm −2 at pH 3 and a cathodic potential of 0.11 V versus reversible hydrogen electrode (RHE) through multiple reaction pathways catalyzed by CNF and embedded nickel nanoparticles. In an electro‐Fenton process, the removal of carbamazepine (CBZ), a frequently detected micropollutant in water bodies is assessed, demonstrating an almost complete depletion after 10 min (c CBZ,0 = 4 mg L −1 ). These results unveil the potential of the integrated production of CNF/Ni foam electrodes with scale‐up perspectives for oxygen reduction reactions.

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