Pathway Manipulation via Ni, Co, and V Ternary Synergism to Realize High Efficiency for Urea Electrocatalytic Oxidation

催化作用 三元运算 化学 硫化物 无机化学 电子转移 电化学 尿素 光化学 电极 有机化学 计算机科学 物理化学 程序设计语言
作者
Zhijiao Ji,Yajun Song,Shenghao Zhao,Yang Li,Jia Liu,Wenping Hu
出处
期刊:ACS Catalysis 卷期号:12 (1): 569-579 被引量:107
标识
DOI:10.1021/acscatal.1c05190
摘要

Ni is the one of most efficient active sites for triggering urea electrooxidation (UOR); however, ’it is hard to achieve higher activity and stability with only the Ni site. To address issues such as dehydrogenation, C–N bond breakage, and catalyst poisoning caused by carbonaceous fragments simultaneously, manipulating a pathway via building a multi-synergistic system is essential. Therefore, we constructed a Co, V co-doped NiS2 ternary collaborative system to achieve energy-saving urea electrooxidation with an emphasis on catalytic mechanism investigation. The optimal ternary catalyst exhibited good urea electrooxidation activity (77 mA cm–2 at 1.5 V vs RHE), stability, and hydrogen production (143 L min–1 gcat–1 at 1.8 V vs RHE). Based on X-ray photoelectron spectroscopy, in situ electrochemical Raman spectroscopy, an in situ electrochemical mass spectrometry isotope tracing experiment, and the density functional theory study, the roles of Ni, Co, and V elements were clearly revealed. The extended superexchange interaction not only enhanced the electron transmission capacity between Ni and S but also accelerated the electron transfer between urea and the catalyst. Anti-CO poisoning experiments indicated that the existence of Co can accelerate the oxidation of carbonaceous intermediate products and improve the catalyst stability. More importantly, we found that N2 was formed through the urea intermolecular N–N coupling process under the catalysis of metal sulfide. The strategy and mechanism proposed herein give a deeper understanding of UOR catalyzed by metal sulfides.
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