鉛の合成と特性評価

Scientific Reports volume 13、記事番号: 12531 (2023) この記事を引用

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メトリクスの詳細

有機金属フレームワーク (MOF) は、有機リガンドと金属イオン間の強固な結合を特徴とする多孔質材料の一種です。 金属有機フレームワーク (MOF) は、構成成分が注意深く選択されている場合、高い多孔性、広い表面積、優れた化学的安定性などの重要な特性を示します。 鉛と、4-アミノ安息香酸および2-カルボキシベンズアルデヒドから誘導された配位子を含む有機金属フレームワーク（MOF）が、ソノケミカル法を使用して合成されました。 生成された結晶は、フーリエ変換赤外分光法 (FT-IR)、粉末 X 線回折 (PXRD)、走査型電子顕微鏡 (SEM)、エネルギー分散型 X 線 (EDX)、ブルナウアー・エメット分析などのさまざまな分析手法を受けました。 – テラー (BET)、および熱分析。 BET 分析により、表面積が 1304.27 m2 g-1 であることが判明したことを示す結果が得られました。 総細孔容積は 2.13 cm3 g-1、平均細孔サイズは 4.61 nm と推定され、さまざまな実際の用途に非常に有利です。 修飾された Pb-MOF 電極の活性は、水分解用途に利用されました。 電極は、水素発生の場合は過電圧-0.6 V（対RHE）で50 mA cm-2の電流密度に達し、酸素発生の場合は過電圧1.7 V（対RHE）で50 mA cm-2に達しました。

水素発生反応 (HER) は、電流を流すことによって水から水素ガスを生成するプロセスです。 水素はクリーンで再生可能なエネルギー媒体であり、燃料電池、発電、化学合成などのさまざまな用途に使用できます1、2、3、4、5、6、7。 HER は、温室効果ガスの排出と大気汚染の主な発生源である化石燃料への依存を軽減します8。 水を原材料として使用することで、HER は生態系や人間の健康に悪影響を与える化石燃料の採取と輸送を回避し、太陽光や風力などの再生可能エネルギー源をエネルギー システムに統合することも可能になります9。 再生可能エネルギー源は断続的で変動するため、送電網の安定性と貯蔵に課題が生じます。 余剰の再生可能電力を水素に変換する10. HER は電力の需要と供給のバランスをとり、後で使用するためにエネルギーを蓄えることができます。 さらに、HER は循環経済の発展をサポートしており、廃水または海水を水源として使用できるため、淡水の消費量が削減され、廃水が処理されます。 さらに、HER は二酸化炭素を共反応物として使用して合成燃料または化学薬品を生成できるため、炭素排出量が軽減され、付加価値のある製品が作成されます 11,12。 したがって、HER は低炭素で持続可能な社会への移行に貢献できる有望な技術である13。

電極触媒プロセスは、センサー、燃料電池、太陽電池、水分解用途などのさまざまな用途で広く使用されている必須の技術と考えられています14、15、16、17、18、19。 クリーンな水素燃料を生産するための有望な戦略の 1 つは、電流を使用して水分子を水素と酸素に分解する電気触媒的水素発生 (EHE) です。 ただし、EHE には、低い過電圧と高い電流密度で反応を促進できる効率的で安定した触媒が必要です 20、21、22、23。 金属有機フレームワーク (MOF) に対する大きな関心は、文献 24、25 で報告されているように、大きな表面積、調整可能な細孔サイズ、正確な金属の配置、よく組織化された結晶構造などの優れた特性に由来しています。 MOF 材料は、燃料電池、リチウム電池 26、27、28、スーパーキャパシタ 29、30、31、水分解 32、33 などの電気化学的用途に広く使用されている電気化学的に活性な触媒として認識されています。 これは以前の研究 34、35、36 と一致しています。 尿素電気酸化の基質として MOF を利用すると、尿素除去に効果的であることが報告されています。 これは、以前の研究で実証されているように、基板の広い表面積、豊富な吸着サイト、優れた電荷移動能力、および顕著な結晶性に起因すると考えられます37、38、39、40。