天津理工王成Adv. Sci.：共掺杂Ni3S2催化剂高效电氧化5-羟甲基糠醛：有望在工业级电流密度下生产H2

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利用有机化合物的电氧化取代析氧反应（OER）被认为是提高电解水分解过程能量转换效率的一种有前途的方法。因此，开发具有低电位和高电流密度的高效电催化剂对于大规模生产氢气（H2）和其他增值化学品至关重要。
基于此，天津理工大学王成教授等人报道了一种在泡沫镍（NF）基底上自支撑Co-掺杂的Ni3S2非贵金属电催化剂（记为CoxNiS@NF），并将其用作碱性水溶液条件下5-羟甲基糠醛（5-hydroxymethylfurfural, HMF）氧化反应（HMFOR）的催化剂。
天津理工王成Adv. Sci.：共掺杂Ni3S2催化剂高效电氧化5-羟甲基糠醛：有望在工业级电流密度下生产H2
在文中，在Ni泡沫基底上直接生长自支撑的Co-掺杂Ni3S2电催化剂（CoxNiS@NF），以构建3D多孔和无粘合剂的集成电极。Co-掺杂不仅促进了具有丰富活性位点的纳米片状阵列CoxNiS@NF的形成，而且有效地降低了HMFOR过电位。优化后的Co0.4NiS@NF表现出优异的HMF电氧化活性，起始电位较低（0.9 V vs. RHE），并在1.45 V时实现了497 mA cm-2的大电流密度，优于已报道的最先进的Ni/Co基电催化剂。
此外，只需要1.04 V即可实现HMFOR的10 mA cm-2的电流密度，这比OER降低了430 mV。
天津理工王成Adv. Sci.：共掺杂Ni3S2催化剂高效电氧化5-羟甲基糠醛：有望在工业级电流密度下生产H2
与碱性介质中的阴极HER结合使用，在HMFOR辅助H2生产过程中，2, 5-呋喃二甲酸（FDCA）和H2在含有10×10-3 M HMF的 10 mL电解液中的产率分别为330.4 µmol cm-2 h-1和1000 µmol cm-2 h-1。
作者还研究了电解温度和HMF浓度对HMFOR的影响，Co0.4NiS@NF电催化剂对HMFOR表现出良好的循环耐久性，可用于葡萄糖、果糖和糠醛等其他生物质衍生化学品的电氧化。该研究提出了一种基于杂原子掺杂来制造高性能催化剂，该催化剂可以通过将传统的HER阴极过程与HMFOR相结合来促进工业水平的H2生产。
天津理工王成Adv. Sci.：共掺杂Ni3S2催化剂高效电氧化5-羟甲基糠醛：有望在工业级电流密度下生产H2
Efficient Electrooxidation of 5-Hydroxymethylfurfural Using Co-Doped Ni3S2 Catalyst: Promising for H2 Production under Industrial-Level Current Density. Adv. Sci., 2022, DOI: 10.1002/advs.202200957.

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