通过缺陷工程设计的NiCo氢氧化物纳米结构,实现了高效的电催化葡萄糖氧化反应,生成甲酸

【字体: 时间:2025年10月09日 来源:Journal of Materials Chemistry A 9.5

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  耦合葡萄糖氧化与电解水制氢的新型缺陷NiCo(OH)催化剂,通过氧空位和金属空位协同增强吸附和C–C键断裂活性,实现200 mA cm-2电流密度和92%法拉第效率,为生物质高值化提供新途径。

  

将电催化氢气生成与葡萄糖氧化结合,生成高附加值的含氧物质,可以实现能源高效且成本效益高的氢气生产,同时提高实用性。然而,合理调控电催化剂的表面缺陷结构以提升催化性能仍然是一个重大挑战。在此,我们通过一步水热法结合碱性处理策略,设计了一种具有丰富氧空位(VO)和金属空位(VM)的NiCo层状双氢氧化物(D-NiCo(OH)x)催化剂。合成的D-NiCo(OH)x催化剂在葡萄糖氧化反应(GOR)中表现出优异的性能:在1.33 V(相对于RHE)时,电流密度达到200 mA cm?2,甲酸(FA)的法拉第效率(FE)在1.36 V(相对于RHE)时达到92%;其性能显著优于低缺陷的NiCo(OH)x催化剂(在1.45 V(相对于RHE)时电流密度为200 mA cm?2,FE(FA)为79%),同时也优于大多数先前报道的非贵金属催化剂。系统研究表明,双重空位的存在增强了底物的吸附能力,而氧空位(VO)促进了C–C键的断裂,从而共同优化了反应动力学,解释了其优异的催化性能。这项工作为双重空位在增强底物吸附和加速C–C键断裂方面的协同作用提供了新的见解,推动了其在生物质转化和氢气生产中的应用。

图形摘要:经过缺陷工程处理的NiCo氢氧化物纳米结构,用于高效电催化葡萄糖氧化生成甲酸
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