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アモルファスホウ化コバルトナノシートに表面機能化カーボンナノファイバーを固定化した。電気化学センシングと酸素発生反応のための二機能性・高効率触媒
Amorphous cobalt boride nanosheets anchored surface-functionalized carbon nanofiber: An bifunctional and efficient catalyst for electrochemical sensing and oxygen evolution reaction.
PMID: 32688123 DOI: 10.1016/j.jcis.2020.07.037.
抄録
新しい金属ホウ化物と炭素複合体の開発は、新しい触媒のクラスであり、その潜在的な興味をそそる特性のために、材料のコミュニティに大きな好奇心をもたらします。ここでは、機能化カーボンナノファイバー(A-CoB/ƒ-CNF)の表面に固定された新しいタイプのアモルファスホウ化コバルト(A-CoB)ナノシートについて簡単な方法で説明する。得られたA-CoB/κ-CNF複合体は、抗生物質ニトロフラントイン(NFT)や酸素発生反応(OER)の電気化学的センシングに優れた二官能性を有することを実証した。調製したA-CoB/ƒ-CNF複合体は、XRD, FE-SEM, HR-TEM, Raman, XPS分析などの様々な分析・分光学的手法を用いて特徴付けを行った。電気化学インピーダンス分析の結果、A-CoB/ƒ-CNF複合体は高い導電率と電子移動数を示し、NFTセンサー及びOERのための高い電子移動数を有することが確認された。電気化学センサーとして、A-CoB/ƒ-CNF修飾電極は、これまでに報告されている貴金属及び非貴金属金属ベースのNFTセンサー用電極触媒と比較して、感度(3.13μAμMcm)、直線応答範囲(0.01〜527μM)、検出限界(0.003μM)が大幅に改善されたことを明らかにした。また、A-CoB/ƒ-CNF複合体は、低過電位でタフェルスロープ値が0.35V, 173mV/decと貴金属触媒よりも優れたOER活性を示した。これらの結果から、本研究では、優れた触媒活性を有する遷移金属ホウ化物固定炭素材料の調製のための明確な証拠を与えるものと考えられ、さらなる電気化学的応用への展開が可能であると考えられる。
Development of new metal boride with carbon composite is an emerging class of catalyst and it brings enormous curiosity in the material community because of their potential intriguing properties. Here, we describe a new type of amorphous cobalt boride (A-CoB) nanosheet anchored on the surface of functionalized carbon nanofiber (A-CoB/ƒ-CNF) by a simple method. The emerged A-CoB/ƒ-CNF composite was demonstrated to possess great bifunctional electrocatalytic activity for the electrochemical sensing of antibiotic drug nitrofurantoin (NFT) and oxygen evolution reaction (OER). The prepared A-CoB/ƒ-CNF composite was characterized by various analytical and spectroscopic techniques such as XRD, FE-SEM, HR-TEM, Raman, and XPS analysis. The result from the electrochemical impedance spectroscopy confirms that the A-CoB/ƒ-CNF composite shows high electrical conductivity and the number of electron transferability for the NFT sensor and OER which is due to the presence of abundant active sites/large surface area in A-CoB, and synergistic effect between the A-CoB and ƒ-CNF. As an electrochemical sensor, the A-CoB/ƒ-CNF modified electrode shows substantial sensitivity (3.13 μA μM cm), wider linear response range (0.01- 527 μM), and lower detection limit (0.003 μM) as-compared to the previously reported noble and non-noble metal-based electrocatalyst for NFT sensor. As well, the A-CoB/ƒ-CNF composite demonstrates superior OER activity with low overpotential and small Tafel slope value of 0.35 V and 173 mV/dec, respectively, which shows advanced kinetics than noble metal catalysts. Based on the results, we believed that the present work gives clear evidence for the preparation of transition metal boride anchored carbon material with an outstanding catalytic activity, and hence, it can be also extended to further electrochemical applications.
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