Electronic structure modulation of nickel hydroxide porous nanowire arrays via manganese doping for urea-assisted energy-efficient hydrogen generation

电催化剂 氢氧化物 塔菲尔方程 催化作用 无机化学 阳极 电化学 化学 纳米线 化学工程 电解 阴极 材料科学 纳米技术 电极 电解质 物理化学 冶金 有机化学 工程类
作者
Fan Chen,Fan Yang,Can Sheng,JiaZhou Li,Han Xu,Yan Qing,Sha Chen,Yiqiang Wu,Xihong Lu
出处
期刊:Journal of Colloid and Interface Science [Elsevier BV]
卷期号:626: 445-452 被引量:30
标识
DOI:10.1016/j.jcis.2022.06.173
摘要

Replacement of the sluggish anodic reaction in water electrocatalysis by a thermodynamically favorable urea oxidation reaction (UOR) offers the prospect of energy-saving H2 generation, additionally mitigating urea-rich wastewater pollution, whereas the lack of highly efficient and earth-abundant UOR catalysts severely restricts widespread use of this catalytic system. Herein, Mn-doped nickel hydroxide porous nanowire arrays (denoted Mn-Ni(OH)2 PNAs) are rationally developed and evaluated as efficient catalysts for the UOR in an alkaline solution via the in situ electrochemical conversion of NiMn-based metal–organic frameworks. Mn doping can modulate the electronic structural configuration of Ni(OH)2 to significantly increase the electron density and optimize the energy barriers of the CO*/NH2* intermediates of the UOR. Meanwhile, porous nanowire arrays will afford abundant spaces/channels to facilitate active site exposure and electron/mass transfer. As a result, the Mn-Ni(OH)2 PNAs delivered superior UOR performance with a small potential of 1.37 V vs. RHE at 50 mA cm−2, a Tafel slope of 31 mV dec-1, and robust stability. Notably, the overall urea electrolysis system coupled with a commercial Pt/C cathode demonstrated excellent activity (1.40 V at 20 mA cm−2) and durability operation (only 1.40% decay after 48 h).
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