AFM：空间受限拓扑转换策略立大功，构建Ni2P-Co2P异质结构实现高效尿素电解

电化学尿素氧化反应(UOR)为富尿素废水的环境友善处理提供了一种有前途的解决方案。因为UOR在热力学上比阳极析氧反应(OER)更有利，UOR能够同时去除尿素和辅助制氢(通过尿素氧化辅助水分解)或发电(通过直接尿素燃料电池，DUFC)。然而，由于复杂的6电子转移过程，导致UOR的动力学缓慢，因此需要设计和开发高性能的催化剂来提高反应速率。

近日，中南林业科技大学吴义强和卿彦等通过磷化空间受限溶剂热法合成相互连接的Ni-Co LDH/碳(Ni-Co LDH/C)前体，成功制备出超细Ni₂P-Co₂P异质结构(Ni₂P-Co₂P/C)。

在合成过程中，使用含氮配体作为碳源是这种结构空间受限生长的关键，其提供了一个局部空间将纳米Ni-Co物种限制在碳框架中；这种空间受限的生长将使这两相之间的耦合效应更强，同时暴露更多的活性位点，以促进UOR过程。

实验结果表明，Ni₂P-Co₂P/C异质结构比大多数最先进的催化剂具有优异的UOR性能，它只需要1.27 V的超低电位就可以获得10 mA cm^-2的电流密度和28.71 mV dec⁻¹的Tafel斜率，并且在高电流密度下显示出超过200小时的优异耐久性，在实际应用中显示出巨大的潜力。

基于结构表征和实验结果，对Ni₂P-Co₂P/C异质结构电催化尿素氧化机理的基本理解如下：在电解过程中Ni₂P-Co₂P/C异质结构表面进行不可逆重构以产生NiOOH-CoOOH；随后，尿素分子的初始吸附趋向于发生在NiOOH-CoOOH/C的Co位点；最后，NiOOH-CoOOH/C的Ni位点促进了CO₂的解吸。

此外，理论计算表明，NiOOH-CoOOH/C中Co位点的速率控制步骤(RDS)涉及CO(NH₂)₂*脱氢转化为CONH₂NH*，热力学势垒为1.01 eV；另一方面，NiOOH-CoOOH/C和NiOOH/C中Ni的RDS涉及CONH₂NH *脱氢成CONH₂N*。结果表明，Co中心的热力学势低于Ni中心，有利于尿素的分解。并且，Co的引入导致了Ni中心热力学势垒的降低，表明Co的存在增强了UOR活性。

Ultrafine Homologous Ni₂P–Co₂P Heterostructures via Space-Confined Topological Transformation for Superior Urea Electrolysis. Advanced Functional Materials, 2023. DOI: 10.1002/adfm.202303300

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AFM：空间受限拓扑转换策略立大功，构建Ni2P-Co2P异质结构实现高效尿素电解

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