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电催化尿素氧化反应催化剂设计的研究进展
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作者 郑丝雨 曹雪洁 焦丽芳 《上海大学学报(自然科学版)》 CAS CSCD 北大核心 2023年第5期886-899,共14页
电催化尿素氧化反应(urea oxidation reaction,UOR)是尿素辅助电解水制氢、含尿素废水电化学降解和直接尿素燃料电池的基础反应.然而,由于UOR存在六电子转移过程,动力学缓慢,阻碍了这些技术的实际应用,急需寻找高效且低成本的电催化剂... 电催化尿素氧化反应(urea oxidation reaction,UOR)是尿素辅助电解水制氢、含尿素废水电化学降解和直接尿素燃料电池的基础反应.然而,由于UOR存在六电子转移过程,动力学缓慢,阻碍了这些技术的实际应用,急需寻找高效且低成本的电催化剂以促进UOR的反应进程.基于此,近几年已报道了多种合成策略,并且在催化剂设计和机理研究方面取得了巨大进展.首先,讨论UOR辅助电解水的反应过程,并对应用于催化剂设计的掺杂工程、异质结构建、缺陷工程、合金和关键反应中间体的调控等多种策略展开论述.最后,对UOR催化剂的研究进展进行总结,并讨论了基于尿素的能源转化技术和相应催化剂未来发展所面临的挑战和前景. 展开更多
关键词 尿素氧化反应 电催化剂 调控策略
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尿素电氧化协同析氢反应双功能催化剂研究进展
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作者 王鹭 张珂 +3 位作者 郭嘉玉 李宪硕 袁立杰 杨伯伦 《化学工程》 CAS CSCD 北大核心 2024年第10期25-31,共7页
尿素电解技术通过耦合阳极电化学尿素氧化与阴极协同产氢,对富尿素废水绿色处理和节能制氢具有重要意义,其应用的关键在于设计构筑高效且稳定的UOR(尿素氧化反应)和HER(析氢反应)催化剂。若采用对UOR和HER均有效的双功能催化剂,不仅能... 尿素电解技术通过耦合阳极电化学尿素氧化与阴极协同产氢,对富尿素废水绿色处理和节能制氢具有重要意义,其应用的关键在于设计构筑高效且稳定的UOR(尿素氧化反应)和HER(析氢反应)催化剂。若采用对UOR和HER均有效的双功能催化剂,不仅能简化电解槽构造,还可有效避免阳极和阴极不同催化剂之间固有的不相容性及其引发的副反应。基于此,综述尿素电解双功能催化剂的研究进展,分类评述镍基(氮化镍、磷化镍、硫化镍、氧化镍及其复合材料)、钴基和镍-钴基双功能催化剂的设计开发策略和性能强化机制,归纳典型尿素电解双功能催化剂的UOR/HER特性及其电解槽性能,并展望其未来的发展方向,旨在为推动尿素电解双功能催化剂的应用提供借鉴。 展开更多
关键词 尿素电解 双功能催化剂 尿素氧化反应 析氢反应 强化机制
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MOFs衍生物在尿素氧化中的研究进展
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作者 张霞 吴瑛 +1 位作者 袁牧锋 王春栋 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第6期55-64,共10页
尿素氧化反应(UOR)在缓解现代氢能源制备和废水处理等压力中起着关键作用,引入性能优异的电催化剂有助于降低电化学能耗。金属-有机骨架(MOFs)衍生物因能克服MOFs原有导电性及稳定性差的固有缺陷备受关注,被认为是一种很有前途的电催化... 尿素氧化反应(UOR)在缓解现代氢能源制备和废水处理等压力中起着关键作用,引入性能优异的电催化剂有助于降低电化学能耗。金属-有机骨架(MOFs)衍生物因能克服MOFs原有导电性及稳定性差的固有缺陷备受关注,被认为是一种很有前途的电催化剂。本文回顾和总结了基于MOFs衍生物的设计和构建的相关研究:(i)基于镍基/非镍基的UOR的机理分析;(ii)概括了利用结构调控、形貌控制、界面工程和缺陷工程的手段提高电子电导率的策略,同时概括了材料物理特性改变与催化活性的相关性;(iii) MOFs衍生物基于UOR的应用研究。最后,对UOR的后期研究挑战和发展提出了合理的建议。 展开更多
关键词 MOFs衍生物 尿素氧化反应 结构调控 形貌控制 界面工程 缺陷工程
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碱性环境下Ni基尿素氧化电催化剂研究进展
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作者 周轩 王海斌 +3 位作者 陈露云 赵秋萍 李春雷 丛媛媛 《化工新型材料》 CAS CSCD 北大核心 2024年第S02期124-129,共6页
在氢能快速发展的背景下,尿素氧化反应(UOR)作为可持续清洁能源制氢技术,近年来受到人们的广泛关注。较低的热力学电位(0.37V vs.RHE)使UOR可以取代析氧反应(OER;1.23V vs.RHE)作为水电解阳极反应。但UOR复杂的中间体转化历程,使得需要... 在氢能快速发展的背景下,尿素氧化反应(UOR)作为可持续清洁能源制氢技术,近年来受到人们的广泛关注。较低的热力学电位(0.37V vs.RHE)使UOR可以取代析氧反应(OER;1.23V vs.RHE)作为水电解阳极反应。但UOR复杂的中间体转化历程,使得需要优异的UOR电催化剂加速反应才能实现较高的性能。Ni基材料具有高活性、易改性、性能稳定、廉价且储量丰富等特点,其用于碱性环境下催化UOR反应已有研究。由此,综述了Ni基UOR电催化剂在界面协同、空位工程、掺杂工程等方面的最新研究进展,归纳了相应的电催化性能,阐明了其机理。最后,对不同Ni基电催化剂构建工程进行了梳理分析,并对UOR研究的未来发展方向做出了展望。 展开更多
关键词 尿素氧化反应 反应动力学 Ni基电催化剂
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3D-Ni_(3)S_(2)微球电催化尿素氧化辅助制氢研究
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作者 付鑫 蒋瑞懿 +3 位作者 蒲博 明瑞奇 吕骞 田丽红 《湖北大学学报(自然科学版)》 CAS 2024年第6期784-791,共8页
电催化尿素氧化(UOR)替代动力学缓慢的析氧反应(OER)为高效制氢提供了新的思路。本研究通过简单的二次水热法制备了三维Ni_(3)S_(2)/NF微球催化剂(3D-Ni_(3)S_(2)/NF),由于独特的3D结构为UOR提供了高度开放的活性区域,并加快了电荷转移... 电催化尿素氧化(UOR)替代动力学缓慢的析氧反应(OER)为高效制氢提供了新的思路。本研究通过简单的二次水热法制备了三维Ni_(3)S_(2)/NF微球催化剂(3D-Ni_(3)S_(2)/NF),由于独特的3D结构为UOR提供了高度开放的活性区域,并加快了电荷转移速率,3D-Ni_(3)S_(2)/NF表现出明显优于1D,2D-Ni_(3)S_(2)/NF电催化氧化尿素的活性。在1 mol L^(-1)KOH+0.33 mol L^(-1)尿素电解质溶液,3D-Ni_(3)S_(2)/NF电催化尿素氧化达到100 mA cm^(-2)的电流密度的电位仅需1.38 V vs.RHE,比OER电位减少了250 mV,同时在24 h稳定性测试中表现出良好的耐久性。此外,全尿素辅助制氢只需1.66 V即可达到50 mA cm^(-2),表现出比传统电解水(1.86 V)更低的电位。 展开更多
关键词 镍基催化剂 尿素氧化反应 电解水制氢 金属硫化物
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用于尿素氧化的介孔Ni-NiO@NC电极构造
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作者 盛飞龙 张雨娟 胡拖平 《精细化工中间体》 CAS 2024年第1期59-65,共7页
电催化尿素氧化反应(UOR)可作为直接尿素燃料电池(DUFC)的阳极反应。采用水热联合热解的方法,在介孔含氮碳基体(NC)上构建了锚定Ni和NiO晶体异质结的UOR电催化剂。在1.67 V时,优化工艺合成的Ni-NiO@NC-500复合材料的碱性介质UOR阳极峰... 电催化尿素氧化反应(UOR)可作为直接尿素燃料电池(DUFC)的阳极反应。采用水热联合热解的方法,在介孔含氮碳基体(NC)上构建了锚定Ni和NiO晶体异质结的UOR电催化剂。在1.67 V时,优化工艺合成的Ni-NiO@NC-500复合材料的碱性介质UOR阳极峰值电流密度为237 mA/cm2,在10 mA/cm2的UOR的电势为1.38 V(vs RHE)。12 h的CA循环电流密度>80%。Ni-NiO@NC-500良好的电催化活性关键在于Ni和NiO之间形成了异质结,界面处存在协同作用,Ni/NiO异质结不仅提供了更多的UOR活性位点,而且有利于尿素吸附和气体产物解吸。此外,N掺杂调节了复合材料的电子密度,加快了UOR过程中的电子传递,其介孔结构有利于电解质的渗透和电子转移,其NC提高了催化剂的稳定性。Ni-NiO@NC-500材料将有望成为一种高效、低成本的UOR电催化剂。 展开更多
关键词 电催化活性 水热联合热解 Ni/NiO异质结 氮掺杂碳 尿素氧化反应
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尿素电氧化反应——推荐一个电化学综合实验 被引量:3
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作者 杨甫林 李家欣 冯立纲 《大学化学》 CAS 2023年第9期242-251,共10页
设计了一个基于尿素电氧化反应的综合化学实验,该实验采用三电极体系对镍电极上的尿素电氧化行为进行了详细的循环伏安测试,通过数据分析可求算出尿素分子的扩散系数、反应的传递系数、反应级数等重要的物理化学参数,将电催化研究前沿... 设计了一个基于尿素电氧化反应的综合化学实验,该实验采用三电极体系对镍电极上的尿素电氧化行为进行了详细的循环伏安测试,通过数据分析可求算出尿素分子的扩散系数、反应的传递系数、反应级数等重要的物理化学参数,将电催化研究前沿与本科课程中电分析和化学动力学及电解与极化作用等内容紧密结合;并采用两电极体系构建尿素辅助电解制氢装置模拟实际应用,能够充分培养学生运用基础知识解决科研问题的能力,体现了“基础知识–理论研究–实际应用”的实验教学思维模式,适合作为面向高年级本科生的综合实验教学课程。 展开更多
关键词 尿素氧化反应 可逆反应 循环伏安法 电催化
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NiMn MOF尿素氧化辅助电解海水的研究
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作者 刘畅 徐和平 +5 位作者 王永靖 李梦圆 项坤 江吉周 王海涛 邹菁 《武汉工程大学学报》 CAS 2024年第3期244-249,共6页
为解决海水电解过程中氯离子对电极的腐蚀与析氯竞争反应的问题,通过水热法和退火处理在泡沫镍上制得一种耐腐蚀的NiMn MOF-300/NF来作为尿素氧化的电催化剂,并利用氧化电位更低的尿素氧化反应来代替阳极氧化反应,可有效抑制析氯反应并... 为解决海水电解过程中氯离子对电极的腐蚀与析氯竞争反应的问题,通过水热法和退火处理在泡沫镍上制得一种耐腐蚀的NiMn MOF-300/NF来作为尿素氧化的电催化剂,并利用氧化电位更低的尿素氧化反应来代替阳极氧化反应,可有效抑制析氯反应并显著降低海水电解能耗。该催化剂在200 mA/cm2的电流密度下所需电位仅为1.37 V,比单纯电解海水的过电位低340 mV,在50 mA/cm2的电流密度下可连续反应48 h而催化性能无明显衰减,展现出优良的电催化活性与稳定性。该方法为海水电解的大规模实际应用提供了新的思路。 展开更多
关键词 电解海水 尿素氧化反应 水热法 稳定性
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泡沫镍负载Co_(9)S_(8)/Ni_(3)S_(2)异质结电催化解耦尿素溶液制氢
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作者 郭浩 韦童 +5 位作者 申晴晴 洪安琪 邓泽婷 方政 史吉超 李仁宏 《无机化学学报》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2024年第11期2141-2154,共14页
采用一步水热法合成泡沫镍(NF)自支撑的Co_(9)S_(8)/Ni_(3)S_(2)@NF杂化纳米棒阵列,其可以作为尿素氧化反应(UOR)和析氢反应(HER)的双功能催化剂。物相分析、形貌表征和电化学测试结果表明Co_(9)S_(8)/Ni_(3)S_(2)@NF异质结杂化纳米棒... 采用一步水热法合成泡沫镍(NF)自支撑的Co_(9)S_(8)/Ni_(3)S_(2)@NF杂化纳米棒阵列,其可以作为尿素氧化反应(UOR)和析氢反应(HER)的双功能催化剂。物相分析、形貌表征和电化学测试结果表明Co_(9)S_(8)/Ni_(3)S_(2)@NF异质结杂化纳米棒阵列通过Co_(9)S_(8)与Ni_(3)S_(2)之间的耦合异质界面促进了电子转移,提高了电荷转移速率。同时,该催化剂的粗糙表面使其展示出优异的超亲水性和超疏气性,有利于气体输送以及电解液扩散。在UOR和HER中,该催化剂分别在120和103 mV的低过电位下就能达到100和10 mA·cm^(-2)的电流密度。此外,利用合成的Co_(9)S_(8)/Ni_(3)S_(2)@NF电极同时作为阴极和阳极,当电流密度达到100 mA·cm^(-2)时双电极电解池的运行仅需要1.57 V的低电压,并且在20 mA·cm^(-2)电流密度下稳定运行27 h,无明显活性衰减。 展开更多
关键词 镍基硫化物 尿素氧化反应 电解水 双功能催化剂 纳米棒
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富含尿素废水电化学处理的研究 被引量:4
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作者 吴慧敏 王石泉 +1 位作者 宋功武 冯传启 《广东化工》 CAS 2018年第18期3-4,共2页
由于氢能源和环境废水处理的需求,使尿素氧化和氢能产生的双功能催化剂的发展成为重大的挑战。本文中合成了双功能催化剂Ni_3N。对尿素氧化,当电流密度为10 mA·cm^(-2)时,电位为1.34 V,Tafel斜率为41 mV dec^(-1)。同时对析氢反应... 由于氢能源和环境废水处理的需求,使尿素氧化和氢能产生的双功能催化剂的发展成为重大的挑战。本文中合成了双功能催化剂Ni_3N。对尿素氧化,当电流密度为10 mA·cm^(-2)时,电位为1.34 V,Tafel斜率为41 mV dec^(-1)。同时对析氢反应来说,当电流密度为10 mA·cm^(-2),电位为120 mV,Tafel斜率为110 mV dec^(-1)。 展开更多
关键词 尿素氧化反应 氢析出反应 尿素废水 电化学处理
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镍铝水滑石材料的制备及其对尿素的电催化性能研究 被引量:1
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作者 李刘强 赵军凯 +2 位作者 金允景 余柳 李亮 《中国水运(下半月)》 2022年第4期38-40,共3页
直接尿素燃料电池是一种可再生能源技术,它为能源可持续发展与水污染控制提供了一种新思路。然而,受限于电极材料,尿素的氧化反应动力学十分缓慢,这严重阻碍了该技术的推广应用。本研究利用共沉淀法制备了一种新型纳米镍铝水滑石催化剂... 直接尿素燃料电池是一种可再生能源技术,它为能源可持续发展与水污染控制提供了一种新思路。然而,受限于电极材料,尿素的氧化反应动力学十分缓慢,这严重阻碍了该技术的推广应用。本研究利用共沉淀法制备了一种新型纳米镍铝水滑石催化剂,并利用X射线衍射法对其结构进行表征,线性伏安法、交流阻抗及塔菲尔曲线等方法对其电催化性能进行测试。结果表明:所制备的AlO_(2)^(-)/Ni-Al-LDHs催化剂仍具有典型水滑石的片层状结构,且电化学活性面积约为单金属Ni电极的2倍。AlO_(2)^(-)/Ni-Al-LDHs催化剂不仅具有较小的电荷转移阻力,对于尿素的催化活性也远大于单金属Ni,并且在碱性条件下拥有更好的稳定性。 展开更多
关键词 直接燃料电池 电催化 层状双氢氧化 尿素氧化反应
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过渡金属磷化物纳米材料催化尿素电解制氢研究进展 被引量:1
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作者 徐秀娟 张清硕 +1 位作者 国通 黄明华 《化学研究》 CAS 2022年第1期1-8,共8页
电解水制氢技术操作简单、产物纯度高,是一种前景广阔的绿色制氢方式。然而,阳极析氧反应(OER)具有较高的热力学电势和缓慢的动力学,严重阻碍了电解水制氢技术的大规模工业应用。近年来,人们发现利用较低热力学电势的尿素氧化反应(UOR)... 电解水制氢技术操作简单、产物纯度高,是一种前景广阔的绿色制氢方式。然而,阳极析氧反应(OER)具有较高的热力学电势和缓慢的动力学,严重阻碍了电解水制氢技术的大规模工业应用。近年来,人们发现利用较低热力学电势的尿素氧化反应(UOR)取代阳极OER能够同时实现氢气的节能生产和尿素废水的净化。但这种技术的挑战在于尿素电解过程涉及复杂的多步电子转移步骤,需要高性能的催化剂来提高其反应速率。过渡金属磷化物具有独特的催化表面、良好的导电性和稳定性等特点,在尿素电解制氢领域得到了广泛的研究和发展。本文综述了均相单金属磷化物和双金属磷化物以及非均相金属磷化物在催化尿素电解中的研究进展,分析了其组分和结构对催化活性和稳定性的影响,最后总结了尿素电解催化剂目前面临的难题和挑战,并展望了其未来的研究方向。 展开更多
关键词 均相过渡金属磷化物 非均相过渡金属磷化物 尿素氧化反应 析氢反应 尿素电解
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Zn–Ca–Al mixed oxide as efficient catalyst for synthesis of propylene carbonate from urea and 1,2-propylene glycol 被引量:4
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作者 Sen Liu Suhong Sun +3 位作者 Xuehui Tian Peiyong Sun Shenghong Zhang Zhilong Yao 《Chinese Journal of Chemical Engineering》 SCIE EI CAS CSCD 2017年第5期609-616,共8页
A series of Zn–Ca–Al oxides with different CaO and ZnO contents have been prepared and evaluated in the synthesis of propylene carbonate(PC) from 1,2-propylene glycol(PG) and urea in a batch reactor. The effect of c... A series of Zn–Ca–Al oxides with different CaO and ZnO contents have been prepared and evaluated in the synthesis of propylene carbonate(PC) from 1,2-propylene glycol(PG) and urea in a batch reactor. The effect of catalyst composition, basicity and reaction process parameters such as temperature, catalyst dose, molar ratio of PG to urea, purge gas flow and reaction time has been studied to find suitable reaction conditions for the PC synthesis. The PC selectivity and yield under the desired conditions could reach 98.4% and 90.8%, respectively. The best performing catalyst also exhibited a good reusability without appreciable loss in the PC selectivity and yield after five consecutive reaction runs. In addition, a stepwise reaction pathway involving a 2-hydroxypropyl carbamate intermediate was proposed for the urea alcoholysis to PC in the presence of Zn–Ca–Al catalysts, according to the time dependences of reaction intermediates and products. 展开更多
关键词 Propylene carbonate 1 2-Propylene glycol Urea Catalysis Alcoholysis
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