陕师大Chem. Eng. J.：超薄CoNi0.2P纳米片实现高效混合水电解

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陕师大Chem. Eng. J.：超薄CoNi0.2P纳米片实现高效混合水电解
鉴于可持续发展的理念和环境污染的现状，利用太阳能电解水技术来开发可再生氢能源已成为工业化和科学研究的热点。然而，阳极析氧反应(OER)固有的缓慢反应动力学阻碍了电化学产氢的实际应用和效率。
近年来，结合热力学有利的阳极小分子氧化反应(如乙醇、葡萄糖/木糖、醛类、胺类、尿素、肼、氨以及其他生物质等)的混合电解水(HWE)反应，已成为提高产氢效率的可行解决方案。此外，HWE体系还可以减少能源投入，避免CO2的产生。
基于此，陕西师范大学Ding Yu和李淑妮(共同通讯)等人采用一种简便的模板-磷化方法，获得了生长在泡沫镍上的超薄CoNi0.2P纳米片催化剂(称为CoNi0.2P-uNS/NF)，该催化剂不负众望的展现出优异的催化性能。
陕师大Chem. Eng. J.：超薄CoNi0.2P纳米片实现高效混合水电解
一般来说，化学成分可以调节电催化剂的电子结构，从而调节和控制其催化行为。本文的EDX和SEM表征显示，通过控制NiII和CoII前体的比例可以很容易的调控比CoNi0.2P-uNS/NF的化学组成。
因此，本文分别以CoP-uNS/NF、CoNi0.2P-uNS/NF、CoNi0.1P-uNS/NF、CoNi0.5P-uNS/NF和Ni2P-uNS/NF为研究对象，研究了Ni含量对催化剂HER性能的影响。本文首先通过线性扫描伏安法(LSV)测试，评估了CoNi0.2P-uNS/NF在1.0 M KOH电解质中的HER性能。测试后发现，CoNi0.2P-uNS/NF比其他催化剂具有更负的起始电位和更大的电流。
更重要的是，CoNi0.2P-uNS/NF在电流密度为10 mA cm-2时的过电位(η10)仅为43 mV，远低于CoP-uNS/NF(98 mV)、CoNi0.1P-uNS/NF(65 mV)、CoNi0.5P-uNS/NF(122 mV)和Ni2P-uNS/NF(124 mV)，这有力地证明了CoNi0.2P-uNS/NF具有优异的HER性能。
此外，近年来HWE已将废弃材料或生物质转化为有价值的化学品，在众多HWE系统中，乙二醇、甘油和糠醛氧化集成H2生产也引起了广泛的研究兴趣，因此本文还研究了CoP-uNS/NF、CoNi0.2P-uNS/NF、CoNi0.1P-uNS/NF、CoNi0.5P-uNS/NF和Ni2P-uNS/NF的乙二醇氧化反应(EGOR)性能。
测试得到的极化曲线表明，随着Ni含量的增加，催化剂的EGOR性能先增大后减小，其中CoNi0.2P-uNS/NF对EGOR的催化活性最高，这表明适量的引入Ni对催化剂的EGOR性能有重要影响。值得注意的是，与CoNi0.2P-uNS/NF的OER性能相比，CoNi0.2P-uNS/NF的EGOR的起始电位更低，电流密度更高，这也说明CoNi0.2P-uNS/NF在HWS体系中具有潜在的应用前景。
陕师大Chem. Eng. J.：超薄CoNi0.2P纳米片实现高效混合水电解
众所周知，聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)是一种具有酯基的聚酯塑料，可以很容易地水解成乙二醇和对苯二甲酸酯。因此，基于CoNi0.2P-uNS/NF优异的EGOR和HER性能，本文设计了基于CoNi0.2P-uNS/NF的PET循环和H2生产的体系。
为了验证该体系的实用性，本文在1 M KOH+0.3 g/L PET溶液中对CoNi0.2P-uNS/NF的HER性能进行了测试。根据通过三电极体系得到的HER极化曲线可以发现，CoNi0.2P-uNS/NF在10 mA cm-2的电流密度下的过电位为43 mV，在PET水解产物体系中的过电位仅降低了11 mV。更重要的是，由CoNi0.2P-uNS/NF组成的电解槽(CoNi0.2P-uNS/NF||CoNi0.2P-uNS/NF)仅需要1.24 V的电压即可达到50 mA cm-2的电流密度，远低于传统全解水系统的电压(1.53 V)。
总之，本文提出的策略不仅为PET塑料废弃物的增值提供了有效途径，而且为高选择性、低能耗的H2制备提供了一条有吸引力的途径。
陕师大Chem. Eng. J.：超薄CoNi0.2P纳米片实现高效混合水电解
Ultra-Thin CoNi0.2P Nanosheets for Plastics and Biomass Participated Hybrid Water Electrolysis, Chemical Engineering Journal, 2023, DOI: 10.1016/j.cej.2023.142938.
https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.142938.

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