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Durable Natural Urine Electrolysis Enabled by Lewis Acid‐Tailored Interfacial Microenvironment

电解 催化作用 尿素 化学工程 电化学 吸附 材料科学 无机化学 氧化还原 速率决定步骤 电催化剂 析氧 离子键合 反应速率 限制 化学 废水 胺气处理 离子液体 制氢 基质(化学分析) 尿 多相催化 氧气 色谱法
作者
Xin Gao,Jun Hu,Shuai Zhang,Pengtang Wang,Zekang Wang,Ping Chen,Yao Zheng,Shi‐Zhang Qiao
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:38 (9): e21945-e21945 被引量:2
标识
DOI:10.1002/adma.202521945
摘要

Abstract Electrochemical urea oxidation reaction (UOR) is a promising alternative to sluggish oxygen evolution reaction (OER) for hydrogen production. However, its reliance on costly pure urea limits practical application. To address this issue, urine oxidation reaction (U r OR) has been proposed, which utilizes natural urine as a cost‐free feedstock. Nevertheless, due to the complex ionic matrix of urine, U r OR suffers from catalyst acidification and chloride‐induced corrosion, limiting long‐term stability. Here, an interfacial microenvironment regulation strategy by modifying common Ni 2 P catalyst with various hard Lewis acids (LA) is reported. The optimal V 2 O 5‐δ ‐Ni 2 P hybrid exhibits remarkable U r OR activity (1.62 V at 3 A cm −2 ) and long‐term durability (1000 h). Mechanistic analysis reveals that LA component selectively enriches interfacial OH − ions, effectively suppressing the adsorption of impurities, especially Cl − ions, and the generation of N‐chlorourea byproduct. Notably, a near‐kilowatt‐scale natural urine electrolysis is first verified in a flow electrolyser (18 cells, area of 1386 cm 2 ), achieving a high H 2 production rate of 115.84 L h −1 with a urine purification rate of 97.41%, while recovering nitrogen‐rich compound fertilizers (NH 4 Cl/KCl). Furthermore, the electrolyzer exhibits broad applicability across wastewater with various urea concentrations (5–330 mM) and Cl − ions concentrations (0.5‐500 mM), including challenging 100 L wheatfield effluents.
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