Ni/TiO2 heterostructures derived from phase separation for enhanced electrocatalysis of hydrogen evolution and biomass oxidative upgrading in anion exchange membrane electrolyzers

电解 电催化剂 双功能 离子交换 过电位 材料科学 催化作用 化学工程 制氢 电解水 无机化学 吸附 析氧 离子 化学 电极 电化学 工程类 有机化学 物理化学 电解质
作者
Geng Zhang,Rui Yu,Yuqi Zhou,Wangting Lu,Feifei Cao
出处
期刊:Nanoscale [Royal Society of Chemistry]
卷期号:15 (33): 13750-13759 被引量:10
标识
DOI:10.1039/d3nr02896h
摘要

The construction of heterostructures is an effective strategy to enhance electrocatalysis for hydrogen evolution reactions (HERs) and biomass oxidative upgrading. In this work, a Ni/TiO2 heterostructure prepared by a phase-separation strategy was adopted as a bifunctional electrocatalyst for HERs and biomass oxidation in alkaline media. Due to the optimized hydrogen adsorption energetics as well as the interfacial water structure and hydrogen bond connectivity in the electrical double layer, Ni/TiO2 exhibited high activity for HERs with an overpotential of 28 mV at 10 mA cm-2 and good durability at 1000 mA cm-2 for over 100 h in an anion exchange membrane (AEM) electrolyzer. In addition, Ni/TiO2 showed high catalytic performance for the oxidation of biomass-based platform compound 5-hydroxymethylfurfural (HMF) to high-value added compound 2,5-furandicarboxylic acid (FDCA). Continuous production of FDCA with a yield >95% was achieved in the AEM electrolyzer for over 50 h. The superior HMF oxidation performance on the Ni/TiO2 heterostructure compared to Ni resulted from stronger HMF adsorption, lower Ni3+-O formation potential, longer Ni3+-O bond and smaller Ni crystal size.
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