新型納米電極顯著提升秸稈廢棄物產甲酸效率

近日，農業農村部環境保護科研監測所鄉村環境建設創新團隊開發了一種鎳鈷雙金屬氧化物超薄納米片電極材料，顯著提升了生物質衍生物糖電氧化過程中電子傳遞性能，實現秸稈廢棄物的高值轉化。相關研究成果發表在《化學工程學報》（Chemical Engineering Journal）上。

鎳—氧—鈷納米通道加快葡萄糖氧化的電子傳遞。農業農村部環保所供圖

葡萄糖是秸稈等農業生物質水解的主要中間產物，其電催化氧化制甲酸代表了一種農業廢棄物增值的可持續途徑，但由于緩慢的電子轉移和副反應的競爭，同時實現高選擇性和電流密度仍然具有挑戰性。

該研究通過氯離子腐蝕和煅燒策略，在泡沫鎳上原位生長雙金屬氧化物超薄納米片。該納米片結構使其暴露豐富的活性位點。具有獨特價電子構型的二價鈷離子能夠通過橋接氧配體驅動部分電子從鎳向鈷轉移，形成“鎳—氧—鈷”電子通道，極大促進電子傳遞與羥基氧化鎳活性物質的快速形成。

該電極材料性能優異，在含0.1摩爾每升葡萄糖的電解液中，1.4伏（相對于可逆氫電極）電壓下的電催化氧化電流密度為222.70毫安每平方厘米，分別是氧化鎳納米片電極和泡沫鎳電極的2.29倍和7.53倍。增強的動力學抑制了非法拉第降解，提高了產甲酸選擇性，反應1小時內法拉第效率超過90.00%，反應3小時產率達67.94%。

該研究為構建富含電子通道的納米結構提供了一種新策略，有效提高了鎳基催化劑上葡萄糖電氧化性能，為秸稈等農業廢棄物的資源化利用提供新思路。

該研究得到國家自然科學基金、天津市自然科學基金等項目的支持。

相關論文信息：https://doi.org/10.1016/j.cej.2025.163249