乙醇氧化反應(yīng)(EOR)是乙醇燃料電池等清潔能源電化學(xué)系統(tǒng)中的一個(gè)重要反應(yīng)，也是實(shí)現(xiàn)低能耗制氫過程中替代OER的陽極反應(yīng)。
目前，Pt基催化劑是實(shí)現(xiàn)高效EOR的通用材料，但是Pt基催化劑成本較高，以及反應(yīng)過程中中間體中毒問題嚴(yán)重限制了其實(shí)際應(yīng)用。金屬Ni由于價(jià)格低廉、無毒副作用、能夠高選擇性地將醇氧化為相應(yīng)的羧酸等特點(diǎn)，是最有希望替代貴金屬的催化劑。然而，對(duì)于Ni基材料來說，因?yàn)閴A性EOR過程還涉及氫氧根離子(OH?)，一個(gè)很大的挑戰(zhàn)就是EOR的效率通常受到陽極OER的影響。近日，威斯康星大學(xué)麥迪遜分校王旭東課題組合成了一系列具有不同形貌和表面配體的超薄二維Ni(OH)2納米片(NSs)，通過調(diào)節(jié)醇分子和OH?之間的表面吸附速率，顯著提高了超薄Ni(OH)2 NSs的EOR效率。具體而言，研究人員采用離子層外延(ILE)法，利用兩親性十八胺(ODAM)配體對(duì)超薄Ni(OH)2納米片進(jìn)行表面修飾，化學(xué)吸附在Ni(OH)2 NSs表面的配體可以在催化劑-電解質(zhì)界面形成親醇層，導(dǎo)致催化劑表面更有利于醇分子的選擇性吸附，有助于EOR和OER的競爭，從而發(fā)生更有效的醇氧化反應(yīng)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所制備的Ni(OH)2 NSs均表現(xiàn)出高效的EOR催化性能，其中分散的Ni(OH)2納米片活性提高幅度最大。在10 mA cm-2電流密度下，催化劑的EOR起始電位為1.4 VRHE，過電位為230 mV；當(dāng)電壓為1.78 V(電流密度為107.7 mA cm-2)時(shí)，獲得了最佳的電化學(xué)乙醇氧化活性。此外，研究人員還發(fā)現(xiàn)，氯仿可以去除Ni(OH)2 NSs上的ODAMads配體，并Q且在1.94 V下的電流密度增加到163.8 mA cm-2，表明EOR活性顯著提升?？偟膩碚f，這項(xiàng)研究為通過二維幾何結(jié)構(gòu)和表面配體修飾開發(fā)高效和低成本的電催化劑提供了一個(gè)有效策略，可以大大提高醇的氧化反應(yīng)和其他有機(jī)電催化反應(yīng)的效率。Surface Ligand Modification on Ultrathin Ni(OH)2 Nanosheets Enabling Enhanced Alkaline Ethanol Oxidation Kinetics. ACS Nano, 2023. DOI: 10.1021/acsnano.3c05014
