Ścibor Kinga
Zakład Chemii Nieorganicznej i Analitycznej
Pracownia Elektroanalizy i Elektrokatalizy Chemicznej
Zastosowanie fosforków żelaza do elektrokatalitycznej redukcji azotanów(III) i azotanów(V)
Kinga Ścibor
Promotor: prof. dr hab. Paweł J. Kulesza
Opiekun: mgr Beata Rytelewska; dr hab. Iwona Rutkowska, prof. ucz.
W wodach powierzchniowych i podziemnych w wyniku ogólnoświatowego stosowania nawozów zawierających azot, spalania paliw kopalnych i odprowadzania ścieków występuje duża ilość NO3–/NO2–. Są one źródłem azotu, który w wyniku elektrokatalitycznej redukcji azotanów (III) i azotanów (V) pozwala otrzymać NH3 (NRA – Nuclear Reaction analysis) w procesie przenoszenia ośmiu/sześciu elektronów. Opracowano różne układy elektrokatalityczne zawierające metaliczne katalizatory heterogeniczne (Cu, Ag, Au, Ru, Rh, Ir, Pd, Pt itp.). Dodatkowo w roztworze wodnym może wystąpić reakcja wydzielania wodoru, która jest reakcją konkurencyjną. W związku z tym bardzo ważne jest zaprojektowanie katalizatorów redukujących NO3–/NO2– do amoniaku eliminujących reakcje wydzielania wodoru.
W niniejszej pracy stwierdzono aktywność elektrokatalityczną fosforków żelaza w kierunku redukcji azotanów (III) i azotanów (V) w środowisku buforu fosforanowego. Katalizatory zostały przygotowane za pomocą solwotermicznej syntezy elektrokatalizatorów z fosforku żelaza wykorzystującej prekursor trifenylofosfiny (TPP). Próbki Fe3P oraz Fe2P/FeP otrzymano za pomocą wyżarzania Fe2P w temp. 500⁰C w atmosferze redukcyjnej. Próbka Fe2P została przygotowana w atmosferze argonu w 450⁰C. Synteza w 350⁰C wygenerowała próbkę FeP. Zastosowanie podwyższonej temperatury spowodowało zwiększenie aktywności katalitycznej otrzymanego fosforku żelaza. Wykazano, że największe wartości gęstości prądu uzyskano dla Fe2P-FeP w przypadku redukcji NO3– oraz dla Fe2P w przypadku redukcji NO2–. Należy spodziewać się, że różnice we właściwościach katalitycznych wynikają z różnic strukturalnych i morfologicznych wygenerowanych centrów żelazowych w różnych temperaturach. Kolejne badania realizowane będę w kierunku określenia kolejności wzrostu aktywności katalizatorów fosforkowych zarówno w środowisku kwasu siarkowego(VI) jak i zasadowym (NaOH).
Literatura:
[1] Takwa Chouki, Manel Machreki, Saim Emin, Solvothermal synthesis of iron phosphides and their application for efficient electrocatalytic hydrogen evolution., International Journal of Hydrogen Energy, Slovenia.
[2] T. Chouki, D. Lazarević, B. V. Donkova, S. Emin, Bulgarian Chemical Communications, Volume 53, Issue 1 (pp. 72 – 77) 2021.
[3] J. Wang, T. Feng, J. Chen, V. Ramalingam, Z. Li, D. Kabtamu, J. He, X. Fang, Electrocatalytic nitrate/nitrite reduction to ammonia synthesis using metal nanocatalysts and bio-inspired metalloenzymes, Nano Energy 86 (2021) 106088.