​侯琳熙课题组AFM：引入W位点，有效促进Ni基配位聚合物催化HER和UOR

尿素辅助水电解制氢(H₂)理论上可以节省70%的阳极能耗。利用人类生活产生的含尿素废水，通过电解水制H₂具有节能和环境友善的特点。Ni基电催化剂在尿素辅助电解水制氢技术中具有广阔的应用前景。然而，在尿素氧化反应(UOR)过程中，其活性受到不可避免的Ni物种自氧化以及溶解的限制，且尿素过度氧化产生的有害液相产物(NO_x⁻)往往被忽略。因此，在探索对UOR具有优异活性和稳定性的Ni基催化剂的同时，系统分析动力学窗口内的气液相产物也同样重要。

近日，福州大学侯琳熙课题组利用钨(W)的多功能配位属性，结合其在析氢反应(HER)中固有的催化能力，来精确调节镍(Ni)的电子构型。具体而言，研究人员采用溶剂热法制备了自支撑的W掺杂含Ni³⁺位点的Ni基配位聚合物(W-NT@NF)，配体TCA能够强烈锚定Ni³⁺位点和W能够对Ni的电子结构进行调控，使得所制备的W-NT@NF催化剂具有与已报道的贵金属/非贵金属化合物相当的双功能HER和UOR性能，均达到接近1000 mA cm^-2的高电流密度。

同时，在较低的电流密度(<100 mA cm^-2)下，N₂的法拉第效率(FE)较高(34%)，并且在长期电解过程中，NO_x⁻的FE保持在20%以下。

实验结果和理论计算表明，对于UOR，W掺杂促进了Ni电子密度态的重新分布，降低了活性位点的d带中心，优化了催化剂与中间产物之间的亲和力，同时该反应不涉及Ni的自氧化，有助于提高尿素的分解效率。

此外，随着W的加入，W-NT@NF中W位点的ΔG_H*值接近0 eV，W位点与Ni³⁺位点具有协同作用，加速了HER动力学。总的来说，该项工作系统地研究了基于配位聚合物的新型双功能HER和UOR催化剂的催化性能和机理，为可持续电化学体系催化剂的设计和制备提供了新的思路。

Active Site Tailoring of Ni-Based Coordination Polymers for High-Efficiency Dual-Functional HER and UOR Catalysis. Advanced Functional Materials, 2023. DOI: 10.1002/adfm.202310155