基于原位技术的尿素电氧化催化机理研究进展

尿素电氧化反应作为尿素电解制氢和直接尿素燃料电池共同的半反应,是实现含尿素废水绿色处理及资源化利用的重要反应。然而其复杂六电子转移过程导致的缓慢动力学,及反应过程中涉及多种中间体的生成与转化,使得催化剂活性低且稳定性差,因此有必要结合原位表征技术探明催化机理以科学理性设计尿素电氧化催化剂。针对基于电化学原位技术的尿素电氧化反应相关研究,从反应机理、反应路径和催化剂改性机制3个方面进行分类综述,着重探讨采用电化学原位红外光谱和电化学原位拉曼光谱的尿素电氧化催化机理,通过分析反应过程中键断裂与键生成及各种特征峰的变化规律,深入探索尿素电氧化反应强化策略。最后,展望基于原位技术的尿素电氧化研究的发展方向,以设计开发高效稳定电催化剂推进其应用。

多孔Ni@Ni_(2)P纳米棒的制备及其电氧化尿素性能

以棒状二水合草酸镍(NiC_(2)O_(4)·2H_(2)O)为前驱体,通过简单易控的磷化操作制备多孔Ni@Ni_(2)P纳米棒电催化剂,利用TEM、XRD、XPS等表征手段对其微观形貌和结构进行探究,并在含有尿素的碱性电解液中进行电化学(UOR)测试,评估其电氧化尿素的活性和稳定性。结果表明:利用磷化调控可制备出由纳米颗粒组装形成的多孔棒状Ni@Ni_(2)P;多孔Ni@Ni_(2)P纳米棒电催化剂在三电极体系中,在10 mA/cm^(2)的电流密度下过电位仅为55 mV,具有较低的塔菲尔斜率86.3 mV/dec,在9小时的稳定性测试中,电流密度几乎无衰减;且在两电极体系测试中具有优异的电催化UOR活性(1.417 V,10 mA/cm^(2))和稳定性(8小时测试中,可保持初始值的86.7%)。

直接尿素燃料电池研究进展

直接尿素燃料电池可同时处理含尿素废水(尿液等)并发电,且Ni基材料为阳极尿素电氧化反应的有效催化剂。然而由于尿素电氧化反应复杂且缓慢的动力学使得Ni基催化剂活性低且稳定性差,导致直接尿素燃料电池功率密度普遍较低。实现其应用的关键在于对Ni基催化剂进行改性以构建高效稳定的催化剂层及其膜电极组件。因此,详细评述了组装成直接尿素燃料电池的阳极催化剂研究进展,深入分析改性后的催化剂组成结构对系统性能的影响机制(包括载体效应和协同效应),旨在为设计高效稳定的尿素电氧化催化剂提供科学依据。此外,阐述了直接尿素燃料电池系统中膜材料的研究现状及其膜电极组件的构建。最后,总结并展望了该领域的研究重点及未来研究的发展方向,为开发高性能直接尿素燃料电池以推进其商业化进程提供借鉴。