Small:木纤维助力ZIF衍生高效尿素氧化催化剂的构筑

原创署名:论文作者

氢气 (H2) 由于其具有清洁无污染、零碳排放、能量密度高等优点被认为是传统化石燃料的理想替代品。使用风能、太阳能等可再生能源电解水制备高纯度H2是最具应用前景的绿色制氢技术,但发生在阳极的氧气析出反应(OER)因其滞缓的动力学限制了电解水的大规模应用。已有研究表明,以尿素氧化反应(UOR)替代OER有望实现高效产氢的同时净化尿素废水。但是UOR涉及6电子转移过程,需要高性能的催化剂来实现高效尿素辅助产氢。目前非贵金属基UOR催化剂的研究主要围绕金属Ni,包括氧化镍、氢氧化镍、磷化镍和硫化镍等。UOR催化剂材料的可选择性制约了尿素辅助产氢技术的发展,亟需研发其它非贵金属基UOR催化剂。

中南林业科技大学卿彦教授课题组联合中山大学卢锡洪教授课题组利用林产剩余物-木纤维表面活性官能团的锚定作用,实现了ZIF-67在木纤维表面的均匀负载,随后通过同步碳化磷化处理制备了一种P掺杂碳化木纤维负载P, N共掺杂碳包覆CoP纳米颗粒复合电催化剂(CoP@PNC/PCWF)用于高效尿素催化氧化。综合研究表明,CoP@PNC/PCWF其独特的包覆结构可赋予电催化剂良好的导电性和结构稳定性以及大量暴露的活性位点,与此同时,掺杂碳可诱导碳产生更多的缺陷结构,调控CoP@PNC表界面电子结构。电化学测试结果表明,CoP@PNC/PCWF催化剂表现出优异UOR催化性能,其达到50 mA cm-2的电流密度电压仅需1.32 V (vs. RHE)。此外,以CoP@PNC/PCWF为阳极进行尿素辅助电解产氢时,其达到50 mA cm-2 的电流密度仅需1.5 V的工作电压。这项工作为利用林产剩余物开发低成本尿素辅助节能制氢的非镍基电催化剂提供了思路。

论文信息:

CoP Nanoparticle Confined in P, N Co-Doped Porous Carbon Anchored on P-Doped Carbonized Wood Fibers with Tailored Electronic Structure for Efficient Urea Electro-Oxidation

Jingfei Kang, Fan Yang, Can Sheng, Han Xu*, Jiayi Wang, Yan Qing*, Yiqiang Wu, Xihong Lu*

Small

DOI: 10.1002/smll.202200950.

原文链接:https://doi.org/10.1002/SMLL.202200950