Tuning d ‐Band Center in Tungsten‐Incorporated Ni(OH) 2 Nanosheets with Nickel/Carbon Nanofibers for Promoted Urea Electrooxidation and Its‐Assisted Efficient Hydrogen Production

材料科学 催化作用 碳纳米纤维 阳极 制氢 析氧 阴极 氢氧化物 尿素 吸附 分解水 纳米纤维 化学工程 氢燃料 无机化学 电极 电解 电催化剂 纳米技术 碱性水电解 电解水 电流密度 电化学 石墨烯 活动中心 密度泛函理论 反应速率 氧化还原 电池电压 化学
作者
Siqi Zhang,Mengxiao Zhong,Linfeng Zhang,Meijiao Xu,Wei Song,Xiaofeng Lu
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:21 (45): e07754-e07754 被引量:5
标识
DOI:10.1002/smll.202507754
摘要

The urea oxidation reaction (UOR), recognized as an energy-efficient alternative to the oxygen evolution reaction (OER), has garnered considerable scientific interest due to its dual functionality in energy-saving hydrogen (H2) production and environmental remediation. In this study, tungsten-incorporated nickel hydroxide anchored on nickel-carbon nanofibers (denoted as W-Ni(OH)2@Ni-CNFs) has been developed through a synergistic electrospinning-carbonization-electrodeposition strategy for high-performance UOR catalysis. Systematic characterizations demonstrate that W incorporation induces favorable surface reconstruction of Ni(OH)2 and modulates its electronic structure, collectively leading to exceptional electrocatalytic enhancement. The optimized catalyst exhibits remarkable UOR activity with ultralow potentials of 1.351 and 1.547 V versus reversible hydrogen electrode (RHE) at the current densities of 10 and 300 mA cm-2, respectively, outperforming most benchmark catalysts to date. Density functional theory (DFT) simulations elucidate that W incorporation strategically modulates the d-band center position, strengthening key intermediates adsorption and reducing the reaction energy barrier for the rate-determining step. Furthermore, a urea-assisted water electrolyzer constructed with W-Ni(OH)2@Ni-CNFs anode and Pt/C cathode achieves a low cell voltage of 1.376 V at 10 mA cm-2. This configuration exhibits a 6.4-fold enhancement in H2 evolution rate compared to conventional alkaline water electrolysis, highlighting its substantial energy-saving advantages.
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