Upcycling of Multi‐Metal Contaminated Wastewater into High‐Entropy Layered Double Hydroxide for Oxygen Evolution Reaction

氢氧化物 材料科学 金属氢氧化物 X射线吸收精细结构 金属 化学工程 溶解 无机化学 化学 冶金 光谱学 量子力学 物理 工程类
作者
Qian Li,Yihang Hu,Guihao Liu,Zhaohui Wu,Xiang Chen,Yu‐Fei Song
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:21 (12): e2411043-e2411043 被引量:13
标识
DOI:10.1002/smll.202411043
摘要

The rapid growth of the electric vehicle industry has driven up nickel demand for batteries. However, the release of various metals during the smelting of nickel-containing ore leads to complex multi-metal contaminated smelting wastewater. Herein, CaFe layered double hydroxide (denoted as CaFe) is synthesized for the treatment of multi-metal contaminated wastewater, achieving removal efficiencies of 98.0%, 98.6%, 100%, and 100% for Co2+, Ni2+, Cu2+, and Zn2+, respectively. The quasi-situ X-ray diffraction (XRD) and X-ray absorption fine structure (XAFS) results indicate the formation of high-entropy LDH of CaCoNiCuZnFe by the isomorphic substitution of Ca2+ in CaFe. Meanwhile, lattice distortion and the formation of metal vacancies can be observed due to the introduction of metals with different ionic radii and the dissolution of Ca2+. Given the stability and abundant active sites of high-entropy material, the CaCoNiCuZnFe shows good OER performance with an overpotential of 310.7 mV at 10 mA cm-2 and long-term stability of 250 h. Density functional theory (DFT) calculations reveal that lattice distortion optimizes intermediate adsorption energy by enhancing M─O covalency and metal vacancy activates lattice oxygen by generating non-bonding oxygen, which synergistically triggers the lattice oxygen mechanism (LOM). This strategy converts multi-metal contaminated wastewater resources into valuable products and achieves dual goals of environmental remediation and resource utilization.
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