電化學水分解制氫是一種可持續(xù)、高效、有前途的綠色能源轉(zhuǎn)換和儲存技術(shù)，可以大大緩解化石燃料短缺和環(huán)境污染等問題。然而，水分解的陽極析氧反應(OER)存在較大的熱力學電位，降低了電解水的效率。電化學尿素氧化反應(UOR)由于其較低的熱力學勢壘(0.37V)，其可以代替OER反應來輔助產(chǎn)氫。然而，UOR是一個復雜的六電子轉(zhuǎn)移過程，反應動力學也很緩慢。因此，迫切需要開發(fā)并制備出高效且穩(wěn)定的催化劑以實現(xiàn)低能耗電催化尿素氧化輔助產(chǎn)氫。
基于此，復旦大學張波和徐一飛等首先合成了NiMoO4·H2O(其中含有比以往報道更多的結(jié)晶水(1 vs. 0.75))，隨后生成催化UOR的超薄非晶Ni(OH)2催化劑，并深入研究了NiMoO4·H2O在堿性介質(zhì)中溶解過程的機理。研究人員利用原位Cryo-TEM、多角度Cryo-ET和原位拉曼揭示了NiMoO4·H2O在堿性溶液中的多步溶解過程：1. 由于結(jié)晶水的損失，NiMoO4·xH2O納米片在堿溶液中從NiMoO4·xH2O納米棒上剝離；2. 剩余的結(jié)晶水和Mo物質(zhì)進一步從NiMoO4·xH2O納米片中溶解，最后形成超薄非晶Ni(OH)2納米片。得益于超薄和非晶結(jié)構(gòu)，由NiMoO4·H2O轉(zhuǎn)化的Ni(OH)2催化劑在1.32 V下就可以電氧化成NiOOH物種，并且其在100/640 mA cm?2電流密度下的電位僅為1.34/1.4 V。此外，研究人員利用由NiMoO4·H2O轉(zhuǎn)化的Ni(OH)2作為陽極，Pt/C//GDL作為陰極組裝成陰離子交換膜(AEM)電解槽以進行尿素氧化輔助產(chǎn)氫，其僅需2 V的電壓就能達到650 mA cm?2的電流密度；該Ni(OH)2催化劑在尿素氧化輔助析氫AEM電解槽中也表現(xiàn)出較高的穩(wěn)定性，其在~1.75 V下連續(xù)運行50 h而沒有發(fā)生明顯性能衰減。總的來說，該項工作詳細闡述了NiMoO4·H2O的多步溶解機理，為高活性非晶態(tài)催化劑的制備提供了指導。Multistep Dissolution of Lamellar Crystals Generates Superthin Amorphous Ni(OH)2 Catalyst for UOR. Advanced Materials, 2023. DOI: 10.1002/adma.202301549
