A Coral−Like Ni 3 P/Ni 3 Mo 3 N Heterostructure With Built−In Electric Field for High−Current−Density Urea Electrooxidation Toward Energy−Saving Hydrogen Production and Battery Applications

材料科学 电解 电化学 析氧 电场 制氢 异质结 尿素 电池(电) 催化作用 化学工程 分解水 电子转移 氧化还原 电解水 电能 工作(物理) 电极 吸附 降级(电信) 纳米技术 氧气 电催化剂 活化能 无机化学 氢燃料 动力学
作者
Kang Wang,Chen Sun,Chao Fan,Ruihang Hu,Yan‐Qin Wang
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/adfm.75461
摘要

ABSTRACT The energy−efficient urea oxidation reaction (UOR), crucial for hydrogen production and environmental remediation, faces dual challenges of sluggish kinetics and competing oxygen evolution reaction (OER). To overcome these challenges, we construct a Ni 3 P/Ni 3 Mo 3 N heterostructure with a built−in electric field. Experimental and theoretical results collectively verify that pronounced electron transfer from Ni 3 P to Ni 3 Mo 3 N establishes a strong built−in electric field at the interface, creating distinct electron−deficient and electron‐rich regions. This field thus steers the oriented adsorption of urea molecules, with −NH 2 anchoring on Ni 3 P and C═O favoring Ni 3 Mo 3 N. This not only promotes urea activation and lowers the rate−determining step energy barrier but also enables efficient *COO desorption, ultimately overcoming the activity–stability compromise. Consequently, the catalyst delivers exceptional UOR performance, requiring only 1.46 V versus RHE to achieve 500 mA cm −2 , indicating superior UOR selectivity. In a urea−assisted water electrolyzer, the system operates at 1.72 V for 500 mA cm −2 , significantly outperforming conventional electrolysis (∼2.05 V), and exhibits robust stability over 450 h. Furthermore, the Zn−urea−air battery configuration demonstrates energy−efficient operation, excellent rechargeability, and electrochemical durability, highlighting its practical potential for energy storage. This work offers insights into built−in electric field−modulated UOR reaction pathways and provides a promising strategy for advanced energy‐saving catalysts.
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