在最新的研究中，山東大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)公布了他們對(duì)磷摻雜鉬酸鎳（P-NiMoO4）的研究成果，該物質(zhì)在析氫反應(yīng)（HER）和尿素氧化反應(yīng)（UOR）中表現(xiàn)出卓越的性能，如較高的催化活性和穩(wěn)定性等。他們還巧妙地揭示了堿性環(huán)境中HER的活化過(guò)程，為深入理解這一化學(xué)反應(yīng)提供了新的視角。
NiMoO4圖片
析氫反應(yīng)是一種化學(xué)反應(yīng)，用于從水中分解出氫氣。在電解過(guò)程中，水被分解成氫離子和氧離子，然后氫離子得到電子，形成氫氣，而氧離子失去電子，形成氧氣。在水解反應(yīng)中，高效的電催化劑是實(shí)現(xiàn)高效能源轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵因素之一。
尿素氧化還原反應(yīng)是一種重要的氮循環(huán)過(guò)程，能夠?qū)钡D(zhuǎn)化為無(wú)機(jī)氮，從而維持土壤氮的平衡。此反應(yīng)不僅在土壤中具有重要作用，而且在工業(yè)生產(chǎn)上也有很廣泛的應(yīng)用。在肥料生產(chǎn)中，尿素氧化還原反應(yīng)被廣泛應(yīng)用于將尿素轉(zhuǎn)化為更易被作物吸收利用的無(wú)機(jī)氮肥。此外，尿素氧化還原反應(yīng)還可以用于減少鋼鐵廠廢氣中的氮氧化物排放，達(dá)到環(huán)境保護(hù)的目的。
為了同時(shí)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)的廢水處理和具有經(jīng)濟(jì)效益的制氫，研究者將尿素氧化反應(yīng)與析氫反應(yīng)進(jìn)行耦合，而P-NiMoO4是HER和UOR的重要催化劑。
P-NiMoO4的合成示意圖（圖源：Small Structures）
研究表明，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)電化學(xué)活化策略，磷摻雜鉬酸鎳的表面會(huì)形成磷化鎳和鉬酸根離子，由于Ni位點(diǎn)暴露增多和調(diào)整氫吸附，而能顯著提高其堿性析氫反應(yīng)活性。以活化后的P-NiMoO4作為陰極、P-NiMoO4作為陽(yáng)極組裝的UOR電解槽表現(xiàn)出優(yōu)異的性能，10mA/cm2時(shí)的電池電壓為1.363 V。
該研究成果已以“Revealing the In Situ Evolution of Tetrahedral NiMoO4 Micropillar Array for Energy-Efficient Alkaline Hydrogen Production Assisted by Urea Electrolysis”為題發(fā)表在Small Structures上。
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