Active Site Tailoring of Ni‐Based Coordination Polymers for High‐Efficiency Dual‐Functional HER and UOR Catalysis

析氧 催化作用 材料科学 无机化学 电解 法拉第效率 制氢 金属 电解水 化学工程 电解质 电化学 物理化学 电极 化学 有机化学 工程类 冶金
作者
Mengying Liu,Wenhong Zou,Silong Qiu,Nan Su,Jing Cong,Linxi Hou
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:34 (3) 被引量:41
标识
DOI:10.1002/adfm.202310155
摘要

Abstract Ni‐based electrocatalysts are regarded as highly promising ones for urea‐assisted electrolytic water hydrogen production technology. However, during the urea oxidation reaction (UOR) process, their activity is significantly constrained by the unavoidable Ni species self‐oxidation reaction, and the harmful liquid‐phase products (NO x − ) generated from over‐oxidize urea are also often neglected. Herein, A self‐supported W‐doped Ni‐C 3 S 3 N 3 ‐based coordination polymer electrode (W‐NT@NF) with tailored Ni 3+ active sites using ligand anchoring and high‐valence metal doping strategies is synthesized, which is certified that this pyrolysis‐free catalyst achieves dual‐functional hydrogen evolution reaction (HER) and UOR performance comparable to reported noble metal/non‐noble metal catalysts, both achieving high current densities approaching 1000 mA cm −2 . Density functional theory (DFT) calculations, combined with spectroscopic characterizations that record the dynamic evolution of the catalyst during UOR and oxygen evolution reaction (OER) processes, reveal that the novel and energetically favorable UOR pathway is proposed, which initiates directly by the Ni 3+ sites without self‐oxidation and involve the participation of the reconstructed NiOOH species resulting from OER. A combination of in‐line gas chromatography, and ion chromatography analysis indicates that the Faradaic efficiency (FE) of N 2 is higher (34%) at lower current densities (<100 mA cm −2 ), and the FE of NO x − remains below 20% in long‐term electrolysis.
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