4-nitrofenolün indirgenmesi için Co₃O₄ destekli katalizörlerin geliştirilmesi

Nitrofenoller, özellikle 4-nitrofenol (4-NP), etkin arıtım stratejileri gerektiren toksik çevresel kirleticilerdir. Bu çalışma, kobalt (II, III) oksit (Co₃O₄) üzerinde desteklenmiş platin (Pt), rodyum (Rh), rutenyum (Ru) ve paladyum (Pd) metal nanoparçacıklarının (M/Co3O4 M: Pt, Rh, Ru, Pd) basit bir oda sıcaklığında hazırlama yöntemi ile sentezlerini, karakterizasyonlarını ve katalitik aktivitelerini rapor etmektedir. Pt/Co3O4 katalizörü, en düşük metal miktarıyla en yüksek katalitik aktiviteyi göstererek 4- NP’yi 60 saniye içinde tamamen indirgemiş ve 0.106 s-1 hız sabitiyle en iyi performansı sergilemiştir. Diğer katalizörler ise sırasıyla Pd/ Co3O4 (0.076 s -1 , 50 saniye), Rh/ Co3O4 (0.047 s -1 , 50 saniye) ve Ru/ Co3O4 (0.060 s -1 , 60 saniye) ile daha düşük reaktivite göstermiştir. Katalizörler, ICP, HR-TEM, FE-SEM-EDX, XPS ve XRD teknikleriyle detaylı şekilde karakterize edilmiştir. TEM ve FE-SEM-EDX gibi karakterizasyon teknikleri, Pt NP'lerin ortalama 3,8 ± 0,8 nm boyutunda olduğunu ve düzenli dağıldığını doğrulamıştır. Ayrıca, XPS analizleri Pt ve Co3O4 arasındaki metal-destek etkileşimini kanıtlamıştır. Pt/ Co3O4 katalizörü, sekiz döngü boyunca yüksek katalitik aktivitesini koruyarak mükemmel yeniden kullanılabilirlik sergilemiştir. Düşük Pt yüklemesi, çevre dostu sentez yöntemi, hızlı reaksiyon kinetiği ve olağanüstü katalitik verimliliği ile Pt/ Co3O4, kirlenmiş atık sulardaki nitrofenollerin ve potansiyel olarak diğer çevresel kirleticilerin indirgenmesi için umut vadeden bir katalizör olarak öne çıkmaktadır.

Nitrophenols, especially 4-nitrophenol (4-NP), are toxic environmental pollutants that require effective remediation strategies. This study reports the synthesis, characterization, and catalytic activities of platinum (Pt), rhodium (Rh), ruthenium (Ru), and palladium (Pd) metal nanoparticles (M/Co3O4, where M: Pt, Rh, Ru, Pd) supported on cobalt (II, III) oxide (Co3O4) using a simple room-temperature preparation method. The Pt/Co3O4 catalyst exhibited the highest catalytic activity with the lowest metal loading, achieving complete reduction of 4-NP within 60 seconds and demonstrating the best performance with a rate constant of 0.106 s-1. Other catalysts showed comparatively lower reactivity, with Pd/ Co3O4 (0.076 s-1, 50 seconds), Rh/ Co3O4 (0.047 s-1, 50 seconds), and Ru/ Co3O4 (0.060 s-1, 60 seconds). The catalysts were extensively characterized using ICP, HR-TEM, FE-SEM-EDX, XPS, and XRD techniques. TEM and FESEM-EDX analyses confirmed that the Pt NPs had an average particle size of 3.8 ± 0.8 nm and were uniformly dispersed. Additionally, XPS results verified the strong metal-support interaction between Pt and Co3O4. The Pt/ Co3O4catalyst exhibited excellent reusability, maintaining high catalytic activity over eight consecutive cycles. With a low Pt loading (0.25 wt. %), an environmentally friendly synthesis approach, rapid reaction kinetics, and outstanding catalytic efficiency, Pt/ Co3O4 emerges as a promising catalyst for the reduction of nitrophenols in contaminated wastewater and potentially other environmental pollutants.