活性NiO催化剂在碱性尿素电解中的卓越性能与机理研究

本研究针对尿素氧化反应(UOR)中镍基催化剂活性不足的问题，开发了通过简易化学合成和煅烧制备的高活性NiO催化剂。该催化剂在碱性条件下表现出优异的UOR性能，其起始电位比氧析出反应(OER)低0.33-0.46 V，在400 mA cm?2电流密度下亚硝酸盐生成法拉第效率达100%，且保持24小时稳定性。这项研究为开发高效、稳定的单组分镍基UOR催化剂提供了新思路。

　　

尿素作为一种重要的工业原料和潜在氢载体，其电化学氧化(UOR)在能源转换和废水处理领域具有双重价值。尽管镍基催化剂在碱性UOR中表现出潜力，但现有材料存在活性不足、稳定性差等问题。韩国能源研究所的研究团队通过创新性合成方法，开发出性能优异的氧化镍(NiO)催化剂，相关成果发表于《Journal of Environmental Chemical Engineering》。

研究采用热重分析(TGA)确定最佳煅烧温度，通过X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)表征材料结构，并利用线性扫描伏安法(LSV)和计时电位法评估电催化性能。特别关注了不同温度煅烧(300-500°C)对NiO性能的影响，并与传统NiOOH催化剂进行对比。

【Synthesis and characterization of materials】部分显示，400°C煅烧的NiO-400样品具有最佳结晶度和纯度。TGA显示NiCO₃在313°C分解为NiO，400°C后重量保持稳定。

【Characterization of NiO】结果表明，NiO-400呈现独特的球形形貌，比表面积达78.5 m² g^?1。电化学测试显示其在100 mA cm^?2时的UOR电位比OER低0.33 V，Tafel斜率仅为38 mV dec^?1，显著优于NiOOH(62 mV dec^?1)。

【Conclusions】部分强调，NiO-400在400 mA cm^?2下连续工作24小时后仍保持初始活性的97.3%，且表面形貌和元素价态无明显变化。产物分析表明尿素被逐步氧化为氨、亚硝酸盐和硝酸盐，其中亚硝酸盐的选择性在反应初期接近100%。

该研究的突破性在于揭示了NiO本身(而非传统认为的NiOOH)可作为高效UOR催化剂，其优势源于均匀的电子传递路径和丰富的活性位点。Hyunwoong Park团队的工作为开发简单、可扩展的UOR催化剂提供了新范式，对尿素燃料电池和废水处理技术发展具有重要意义。特别值得注意的是，该催化剂可直接处理含尿素废水(如尿液)，在2.5 wt.%尿素浓度下仍保持高活性，展现了实际应用潜力。