Redistributing interfacial charge density of Ni12P5/Ni3P via Fe doping for ultrafast urea oxidation catalysis at large current densities

催化作用 电流密度 塔菲尔方程 电解 材料科学 尿素 兴奋剂 电化学 化学 无机化学 化学工程 物理化学 电极 光电子学 有机化学 工程类 物理 电解质 量子力学
作者
Xiujuan Xu,Canhui Zhang,Jinyang Li,Hu Liu,Ge Su,Zhicheng Shi,Minghua Huang
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:452: 139362-139362 被引量:41
标识
DOI:10.1016/j.cej.2022.139362
摘要

Large-scale industrial application of urea electrolysis has prompted one to explore inexpensive and efficient urea oxidation reaction (UOR) catalysts that can achieve large current densities (≥500 mA cm−2) at relatively low potentials. In response, for the first time the robust UOR catalysts are developed via in-situ construction of the Fe-doped Ni12P5/Ni3P heterojunction nanosheets on the macroporous 3D NiFe foam skeleton (denoted as Fe-(Ni12P5/Ni3P)). The introduction of Fe element can not only strengthen the interfacial electric field and induce the spontaneous charge redistribution for heterogeneous Ni12P5/Ni3P, but also effectively lower the reaction energy barrier during stepwise UOR process. Benefiting from the unique ultra-thin nanosheets and the optimized electronic structure, the well-designed Fe-(Ni12P5/Ni3P) possesses more exposed active sites and faster electron and mass transfer, thus exhibiting superior catalytic UOR activity. Encouragingly, the Fe-(Ni12P5/Ni3P) can deliver the industrial-level current density of 800 mA cm−2 just at 1.4 V as well as a splendid Tafel slope of 28.2 mV dec−1. This catalyst also manifests remarkable durability under high current densities. As a consequence, our work opens up a brand-new-path in rational design of excellent UOR catalysts with high activity and stability to enable energy-saving electrolytic hydrogen production on industrial scale.
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