Achieving high-efficient urea oxidation via regulating the rate-determining step over a V single atom incorporated Co hydroxide electrocatalyst

电催化剂 催化作用 过电位 化学 电化学 密度泛函理论 氢氧化物 脱质子化 傅里叶变换红外光谱 物理化学 无机化学 化学工程 计算化学 有机化学 电极 工程类 离子
作者
Baojie Zhang,Changti Pan,Hengjie Liu,Xingshun Wu,Hongliang Jiang,Li Yang,Zeming Qi,Guang Li,Lei Shan,Yunxiang Lin,Li Song,Yong Jiang
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:439: 135768-135768 被引量:44
标识
DOI:10.1016/j.cej.2022.135768
摘要

Urea oxidation reaction (UOR) has emerged as a competitive approach for many energy-related technologies due to the low overpotential and fast reaction dynamics. The main challenge lies in fabricating high-efficient catalysts with optimized electronic structure and understanding the intrinsic structure-related mechanisms. Here, we report a feasible strategy of regulating the rate-determining step (RDS) of UOR via an electrochemical reconstructed Co hydroxide catalyst incorporated with V single atoms. The optimal catalysts exhibit an enhanced UOR performance after V incorporation while remarkably suppressed the competitive oxygen evolution with the potential of 1.54 V (vs RHE) to achieve the current density of 30 mA cm−2. Operando synchrotron-radiation Fourier transform infrared spectroscopy (SR-FTIR) combining density functional theory (DFT) calculations reveal that enabled by single atom V incorporation, the RDS of UOR has been changed from the first deprotonation step to the second one with a lower energy barrier of 2.05 eV (vs 2.6 eV), which is thermodynamically favorable for the overall reaction process.
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