Ni–Co–Mn Trimetallic Nanoparticles as Hierarchical Electrocatalysts for Highly Efficient Urea Oxidation via Spatial Decoupling

催化作用 尿素 化学 纳米材料基催化剂 无机化学 电化学 选择性 氧化剂 化学工程 电极 有机化学 物理化学 工程类
作者
Guangtao Hu,Yajun Song,Z.Z. Wang,Zhijiao Ji,Shenghao Zhao,Congmin Liu
出处
期刊:ACS applied nano materials [American Chemical Society]
卷期号:6 (19): 17473-17481 被引量:1
标识
DOI:10.1021/acsanm.3c02579
摘要

Urea electrooxidation (UOR) is one of the most efficient technologies for the conversion of chemical energy to hydrogen or electric energy. Nickel-based catalysts can impetuate UOR but result in urea peroxidation. Seeking a balance between reaction selectivity and reaction kinetics, that is, trading off energy utilization efficiency against the energy conversion rate, is a necessary choice for designing UOR catalysts. Therefore, we designed Co, Mn codoped NiS2 trimetallic nanoparticles at the expense of partial UOR selectivity. The optimal catalyst shows a high urea electrooxidation activity of 77 mA cm–2 at 1.5 V (vs RHE) and good stability. A series of electrochemical experiments combined with in situ electrochemical mass spectrometry and XPS unveiled the effect of each metal sites clearly. The doped Mn is beneficial to oxidizing the adjacent urea molecules, which modulate the UOR pathway and initiate urea peroxidation. Besides, the electron exchange between Co–Ni accelerates the urea oxidation of Ni and accelerates the oxidation of CO. The combination of the three improves the UOR catalytic performance of the material. Our work paves the way for the rational design and synthesis of highly efficient nanocatalysts to achieve industrial energy conversion and economic hydrogen production.
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