Электрохимический синтез оксидов вольфрама в хлоридных растворах для экологического фотокатализа
- Авторы: Ульянкина А.А.1, Царенко А.Д.1, Молодцова Т.А.1, Фесенко Л.Н.1, Смирнова Н.В.1
-
Учреждения:
- Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) им. М.И. Платова
- Выпуск: Том 59, № 12 (2023)
- Страницы: 807-813
- Раздел: Статьи
- URL: https://journals.rcsi.science/0424-8570/article/view/232692
- DOI: https://doi.org/10.31857/S0424857023120150
- EDN: https://elibrary.ru/QBXRWC
- ID: 232692
Цитировать
Аннотация
Исследовано электрохимическое поведение вольфрама в хлоридных электролитах различного катионного состава (Na+, K+, Li+, \({\text{NH}}_{4}^{ + }\)) под действием переменного импульсного тока. Показано решающее влияние природы электролита на фазовый состав образующихся дисперсных продуктов. Использование NH4Cl обеспечивает формирование чистого кристаллического WO3 с размером частиц 30–35 нм. Исследована фотоэлектрохимическая активность синтезированного WO3 в среде серной кислоты под действием симулированного солнечного излучения. Добавление глицерина к H2SO4 вызывает катодный сдвиг потенциала начала окисления на 0.25 В и увеличение максимальной плотности фототока в 3 раза. Показана возможность использования фотоанода WO3/FTO в составе проточного фотокаталитического топливного элемента (топливо – глицерин, кислородный Pt/C-катод), характеризующегося отличной стабильностью в кислой среде и мощностью 64.0 мкВт см–2.
Об авторах
А. А. Ульянкина
Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) им. М.И. Платова
Email: anya-barbashova@yandex.ru
Россия, Новочеркасск
А. Д. Царенко
Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) им. М.И. Платова
Email: anya-barbashova@yandex.ru
Россия, Новочеркасск
Т. А. Молодцова
Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) им. М.И. Платова
Email: anya-barbashova@yandex.ru
Россия, Новочеркасск
Л. Н. Фесенко
Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) им. М.И. Платова
Email: anya-barbashova@yandex.ru
Россия, Новочеркасск
Н. В. Смирнова
Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) им. М.И. Платова
Автор, ответственный за переписку.
Email: anya-barbashova@yandex.ru
Россия, Новочеркасск
Список литературы
- Pothu, R., Mameda, N., Boddula, R., Mitta, H., Perugopu, V., and Al-Qahtani, N., Sustainable conversion of biodiesel-waste glycerol to acrolein over Pd-modified mesoporous catalysts, Mater. Sci. for Energy Technol., 2023, vol. 6, p. 226. https://doi.org/10.1016/j.mset.2022.12.012
- Kozlova, E.A., Kurenkova, A.Y., Gerasimov, E.Y., Gromov, N.V., Medvedeva, T.B., Saraev, A.A., and Kaichev, V.V., Comparative study of photoreforming of glycerol on Pt/TiO2 and CuOx/TiO2 photocatalysts under UV light, Mater. Lett., 2021, vol. 283, p. 128901. https://doi.org/10.1016/j.matlet.2020.128901
- Huang, L.-W., Vo, T.-G., and Chiang, C.-Y., Converting glycerol aqueous solution to hydrogen energy and dihydroxyacetone by the BiVO4 photoelectrochemical cell, Electrochim. Acta, 2019, vol. 322, p. 134725. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2019.134725
- Tremouli, A., Vlassis, T., Antonopoulou, G., and Lyberatos, G., Anaerobic Degradation of Pure Glycerol for Electricity Generation using a MFC: The Effect of Substrate Concentration, Waste and Biomass Valorization, 2016, vol. 7 (6), p. 1339. https://doi.org/10.1007/s12649-016-9498-0
- Nascimento, L.L., Marinho, J.Z., dos Santos, A.L.R., de Faria, A.M., Souza, R.A.C., Wang, C., and Patrocinio, A.O.T., Photoelectrochemical reforming of glycerol by Bi2WO6 photoanodes: Role of the electrolyte pH on the H2 evolution efficiency and product selectivity, Appl. Catal. A: General, 2022, vol. 646, p. 118867. https://doi.org/10.1016/j.apcata.2022.118867
- Sui, M., Dong, Y., Bai, W., Ambuchi, J.J., and You, H., In-situ utilization of generated electricity in a photocatalytic fuel cell to enhance pollutant degradation, J. Photochem. and Photobiol. A: Chemistry, 2017, vol. 343, p. 51. https://doi.org/10.1016/j.jphotochem.2017.04.017
- Ye, F., Wang, T., Quan, X., Yu, H., and Chen, S., Constructing efficient WO3–FPC system for photoelectrochemical H2O2 production and organic pollutants degradation, Chem. Engineering J., 2020, vol. 389, p. 123427. https://doi.org/10.1016/j.cej.2019.123427
- Shandilya, P., Sambyal, S., Sharma, R., Mandyal, P., and Fang, B., Properties, optimized morphologies, and advanced strategies for photocatalytic applications of WO3 based photocatalysts, J. Hazardous Mater., 2022, vol. 428, p. 128218. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2022.128218
- Abbaspoor, M., Aliannezhadi, M., and Tehrani, F.S., Effect of solution pH on as-synthesized and calcined WO3 nanoparticles synthesized using sol–gel method, Optical Mater., 2021, vol. 121, p. 111552. https://doi.org/10.1016/j.optmat.2021.111552
- Karthikeyan, S., Selvapandiyan, M., Sasikumar, P., Parthibavaraman, M., Nithiyanantham, S., and Srisuvetha, V.T., Investigation on the properties of vanadium doping WO3 nanostructures by hydrothermal method, Mater. Sci. for Energy Technol., 2022, vol. 5, p. 411. https://doi.org/10.1016/j.mset.2022.10.002
- Бхагьяшри, Б., Таваде, А.К., Камбл, П., Падави, М.Н., Шарма, К.К.К., Аджалкар, Б.Д., Тайаде, Ш.Н. Гидротермальный синтез WO3 для электрохимического окисления парацетамола: микроструктурированный датчик парацетамола. Электрохимия. 2020. Т. 56. С. 844. https://doi.org/10.31857/S0424857020050047
- Kromer, M.L., Monzó, J., Lawrence, M.J., Kolodziej, A., Gossage, Z.T., Simpson, B.H., Morandi, S., Yanson, A., Rodríguez-López, J., and Rodríguez, P., High-Throughput Preparation of Metal Oxide Nanocrystals by Cathodic Corrosion and Their Use as Active Photocatalysts, Langmuir, 2017, vol. 33 (46), p. 13295. https://doi.org/10.1021/acs.langmuir.7b02465
- Gao, D., Li, H., Wei, P., Wang, Y., Wang, G., and Bao, X., Electrochemical synthesis of catalytic materials for energy catalysis, Chinese J. Catalysis, 2022, vol. 43 (4), p. 1001. https://doi.org/10.1016/S1872-2067(21)63940-2
- Lawrence, M.J., Kolodziej, A., and Rodriguez, P., Controllable synthesis of nanostructured metal oxide and oxyhydroxide materials via electrochemical methods, Current Opinion in Electrochem., 2018, vol. 10, p. 7. https://doi.org/10.1016/j.coelec.2018.03.014
- Ulyankina, A., Molodtsova, T., Gorshenkov, M., Leontyev, I., Zhigunov, D., Konstantinova, E., Lastovina, T., Tolasz, J., Henych, J., Licciardello, N., Cuniberti, G., and Smirnova, N., Photocatalytic degradation of ciprofloxacin in water at nano-ZnO prepared by pulse alternating current electrochemical synthesis, J. Water Process Engineering, 2021, vol. 40, p. 101809. https://doi.org/10.1016/j.jwpe.2020.101809
- Molodtsova, T., Gorshenkov, M., Kubrin, S., Saraev, A., Ulyankina, A., and Smirnova, N., One-step access to bifunctional γ-Fe2O3/δ-FeOOH electrocatalyst for oxygen reduction reaction and acetaminophen sensing, J. Taiwan Institute of Chem. Engineers, 2022, vol. 140, p. 104569. https://doi.org/10.1016/j.jtice.2022.104569
- Molodtsova, T., Gorshenkov, M., Kolesnikov, E., Leontyev, I., Kaichev, V., Zhigunov, D., Faddeev, N., Kuriganova, A., and Smirnova, N., Fabrication of nano-In2O3 phase junction by pulse alternating current synthesis for enhanced photoelectrochemical performance: Unravelling the role of synthetic conditions, Ceram. Intern., 2023, vol. 49 (7), p. 10986. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2022.11.293
- Tsarenko, A., Gorshenkov, M., Yatsenko, A., Zhigunov, D., Butova, V., Kaichev, V., and Ulyankina, A., Electrochemical Synthesis-Dependent Photoelectrochemical Properties of Tungsten Oxide Powders, ChemEngineering, 2022, vol. 6 (2), p. 31.
- Bourdin, M., Gaudon, M., Weill, F., Duttine, M., Gayot, M., Messaddeq, Y., and Cardinal, T., Nanoparticles (NPs) of WO(3 – x) Compounds by Polyol Route with Enhanced Photochromic Properties, Nanomaterials (Basel), 2019, vol. 9 (11). https://doi.org/10.3390/nano9111555
- Xu, J., Xu, X., Yi, H., Lv, Y., Xu, N., He, L., Chen, J., Kuang, X., and Huang, K., Electrical Properties, Defect Structures, and Ionic Conducting Mechanisms in Alkali Tungstate Li2W2O7, Inorganic Chem., 2021, vol. 60 (12), p. 8631. https://doi.org/10.1021/acs.inorgchem.1c00609
- Akihiko, K. and Hideki, K., Photocatalytic Activities of Na2W4O13 with Layered Structure, Chem. Lett., 1997, vol. 26 (5), p. 421. https://doi.org/10.1246/cl.1997.421
- Lee, S., Teshima, K., Fujisawa, M., Fujii, S., Endo, M., and Oishi, S., Fabrication of highly ordered, macroporous Na2W4O13 arrays by spray pyrolysis using polystyrene colloidal crystals as templates, Phys. Chem. Chem. Phys., 2009, vol. 11 (19), p. 3628. https://doi.org/10.1039/B821209K
- Kumar, P., Singh, M., and Reddy, G.B., Core–Shell WO3–WS2 Nanostructured Thin Films via Plasma Assisted Sublimation and Sulfurization, ACS Appl. Nano Mater., 2019, vol. 2 (3), p. 1691. https://doi.org/10.1021/acsanm.9b00136
- Hu, Z., Zhang, H., Zhang, L., Cheng, C., and Man, J., Rapid and highly sensitive detection of formaldehyde at room temperature using rGO/WO3 nanocomposite, Appl. Phys. A, 2023, vol. 129 (2), p. 89. https://doi.org/10.1007/s00339-022-06375-2
- Ng, C., Ng, Y.H., Iwase, A., and Amal, R., Influence of Annealing Temperature of WO3 in Photoelectrochemical Conversion and Energy Storage for Water Splitting, ACS Appl. Mater. & Interfaces, 2013, vol. 5 (11), p. 5269. https://doi.org/10.1021/am401112q
- Kalamaras, E. and Lianos, P., Current Doubling effect revisited: Current multiplication in a PhotoFuelCell, J. Electroanal. Chem., 2015, vol. 751, p. 37. https://doi.org/10.1016/j.jelechem.2015.05.029
- Ibadurrohman, M. and Hellgardt, K., Photoelectrochemical performance of graphene-modified TiO2 photoanodes in the presence of glycerol as a hole scavenger, Intern. J. Hydrogen Energy, 2014, vol. 39 (32), p. 18204. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2014.08.142
- Lui, G., Jiang, G., Fowler, M., Yu, A., and Chen, Z., A high performance wastewater-fed flow-photocatalytic fuel cell, J. Power Sources, 2019, vol. 425, p. 69. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2019.03.091
- Pan, D., Xiao, S., Chen, X., Li, R., Cao, Y., Zhang, D., Pu, S., Li, Z., Li, G., and Li, H., Efficient Photocatalytic Fuel Cell via Simultaneous Visible-Photoelectrocatalytic Degradation and Electricity Generation on a Porous Coral-like WO3/W Photoelectrode, Environmental Sci. & Technol., 2019, vol. 53 (7), p. 3697. https://doi.org/10.1021/acs.est.8b05685