磷化调控构筑分层结构的Ni₂P催化剂用于高效电氧化尿素

摘要

尿素电解对于发展可持续、清洁的能源转化技术,以应对全球能源短缺和环境问题的挑战具有重要意义。因此,设计有效的尿素氧化电催化剂,深入了解中心金属离子的电子环境,对实现高性能的尿素基能量转换技术具有重要意义。在本文中,我们成功合成了分层结构的Ni₂P纳米片@纳米棒,简称P-Ni₂P HNNs,作为能够提高尿素氧化反应效率的高效电催化剂。这一催化剂的设计采用了水解共沉淀-氧化工艺和磷取代法。X射线吸收精细结构谱分析表明,P-Ni₂P HNNs具有较高的尿素氧化电化学活性,其中Niⁿ⁺金属的电子结构能够增强Ni―O―O键的耦合,从而提高了尿素氧化反应的动力学性能。由于Niⁿ⁺金属活性中心以及结构的巧妙设计,P-Ni₂P HNNs表现出卓越的尿素氧化反应活性和稳定性。在10 mA·cm^-2时,其过电位低至132 mV,Tafel斜率为33.7 mV·dec^-1,同时在10 mA·cm^-2时的稳定性可达6 h。此外,采用P-Ni₂P HNNs-2/NF作为阳极组装成尿素电解电池。该装置在10 mA·cm^-2时获得1.411 V的低电位,在1.595 V时可达100 mA·cm^-2的高电流密度。本研究提供了一种有效可行的方法,用于设计高效的镍基磷化催化剂,有望推动磷化物在各种能源相关应用方面的进一步研究。

关键词

多孔分层结构 / 磷化策略 / 电催化 / Ni₂P / 尿素氧化