文献导读：

用低电位亲核试剂氧化反应（NOR）代替高电位析氧反应（OER）是提高水电解过程中氢气产率的重要途径。基于此，吉林大学卢晓峰&中国科学院大连化物所高铭滨合作，通过静电纺丝-电沉积策略在镍碳纳米纤维（Ni-CNF）表面制备了低含量的Pt锚定Ni(OH)₂，以实现碱性尿素氧化反应（UOR）电催化。相关研究内容以“Modulating the electronic structure of Ni(OH)₂ by coupling with low-content Pt for boosting the urea oxidation reaction enables significantly promoted energy-saving hydrogen production”为题目，发表于期刊《Energy & Environmental Science》( IF 32.5 ) 上。

本文要点：

1、通过静电纺丝-电沉积策略在镍碳纳米纤维（Ni-CNF）表面制备了低含量的Pt锚定Ni(OH)₂，以实现碱性尿素氧化反应（UOR）电催化，并进行了优化通过在电沉积过程中控制不同沉积溶液的浓度。

2、由于Pt在Ni(OH)₂表面的负载，促进了Ni(OH)₂向Ni(OH)O和尿素分子向N₂和CO₂的脱氢过程，优化后的Pt-Ni (OH)₂@Ni-CNFs-2催化剂在电流密度为10和100 mA cm⁻²时的UOR性能分别为363 V和1.422 V，大大提高了UOR性能。

3、优化后的Pt@Ni-CNFs-2催化剂具有优异的HER活性，以Pt-Ni (OH)₂@Ni-CNFs-2和Pt@Ni-CNFs-2催化剂分别作为阳极和阴极，构建了一个自制的尿素辅助水分解装置，其电压为40 V，电压为10 mA cm^-2，超过了许多报道的代表性尿素辅助水分解电解槽。

尿素在制氢过程中是如何利用的?

1、在制氢过程中，尿素被用作高电位亲核试剂氧化反应(NOR)来取代电解过程中的高电位析氧反应(OER)。

2、该方法旨在利用尿素作为氢源，提高氢气的产出率。

3、尿素具有降低制氢能耗的潜力，也可用于处理富尿素废水。

4、本文介绍了利用Pt锚定Ni(OH)₂表面捕获尿素，提高制氢率，为节能制氢提供了一种低成本、合适的方法。

Pt锚定Ni(OH)₂在电催化过程中的作用是什么?

1、Pt锚定的Ni(OH)₂通过促进碱性尿素氧化反应(UOR)和析氢反应(HER)在电催化过程中起着至关重要的作用。

2、Pt在Ni(OH)₂表面的负载促进了Ni(OH)₂脱氢成Ni(OH)O和尿素分子脱氢成N₂和CO₂的过程，从而显著提高了低电位的UOR性能。

此外，Pt锚定的Ni(OH)₂也表现出优异的HER活性，有助于提高电催化制氢过程的整体效率。

图1 Pt-Ni (OH)₂@Ni-CNFs的制备示意图。

图2 Pt-Ni (OH)₂@Ni-CNFs-2的(a) SEM和(b) TEM图像。(c)不同样品的XRD图谱。(d) HRTEM图像;(e)Pt-Ni (OH)₂@Ni-CNFs-2的 HAADF-STEM显微照片中Pt、Ni和O元素的EDX映射。(f)不同样品的拉曼光谱。(g) Pt-Ni (OH)₂@Ni-CNFs-2的XPS谱图。Pt-Ni (OH)₂@Ni-CNFs-2和Ni(OH)₂@Ni-CNFs的窄扫描(h) Ni 2p和(i) O 1s XPS谱。

图3 (a) Pt-Ni (OH)₂@Ni-CNFs-2在1 M KOH/0.33 M尿素和1 M KOH条件下UOR和OER的极化曲线。(b)不同催化剂的极化曲线和(c)相应的塔菲尔图。(d)不同催化剂的ECSA归一化极化曲线和(d)不同催化剂扫描速率下的电容电流密度线性拟合。(e)不同对照催化剂的TOF值比较。(f)不同催化剂的综合性能比较。(g)几种典型催化剂UOR活性的比较。(h)在0.47 V电位下Pt-Ni (OH)₂@Ni-CNFs-2相对于Hg/HgO的i-t曲线。

图4 (a)原位拉曼器件示意图。(b) Pt-Ni (OH)₂@Ni-CNFs-2在OER和UOR过程中的原位拉曼光谱。(c) OER (1 M KOH)和(d) UOR (1 M KOH/0.15 M尿素)不同电位下Pt-Ni (OH)₂@Ni-CNFs-2的Bode图。(e) Ni(OH)₂和Pt-Ni (OH)₂催化剂表面Ni-OH脱氢的能垒。(f)计算了Ni(OH)₂和Pt-Ni (OH)₂催化剂表面UOR反应的吉布斯自由能图。

图5在1m KOH条件下的HER测量值。(a)不同催化剂极化曲线。(b)不同催化剂在10和200 mA cm²下的过电位。(c)过电位为100mv时Pt@Ni-CNFs-2与商用Pt/C的质量活度比较。(d)计算了碱性HER过程中水在Pt(111)、Ni(111)和Pt NPs/Ni(111)表面解离的自由能图。(e)计算Pt(111)、Ni(111)和Pt NPs/Ni(111)表面氢解吸步骤的自由能图。(f)比较几种具有代表性的催化剂的HER性能。(g)不同催化剂的TOF图。(h) Pt@Ni-CNFs-2 2000 CV循环前后的极化曲线。(i) Pt@Ni-CNFs-2和商用Pt/C在0.97 V电位下相对于Hg/HgO的i- t曲线。

图6 (a) Pt-Ni (OH)₂@Ni-CNFs-28Pt@Ni-CNFs电解槽数码照片。(b)不同电解槽整体水分解和无ir补偿时尿素辅助水分解的极化曲线。(c) Pt-Ni (OH)2@Ni-CNFs-28Pt@Ni-CNFs的活性比较和(d)阴极H₂演化用于整体水分解和尿素辅助水分解的电解槽。(e) 1.44 V电压下Pt-Ni (OH)2@Ni-CNFs-28Pt@Ni-CNF电解槽的I-T曲线，以及Pt-Ni (OH)2@Ni-CNFs-28Pt@Ni-CNF与其他电解槽的尿素助水裂解活性比较。

原文链接：

https://doi.org/10.1039/D3EE03398H