構(gòu)筑富含陽離子缺陷的貧P-Ni2P和富P-CoP3異質(zhì)結(jié)用于增強尿素/肼電催化氧化反應(yīng)

摘要：廢水中存在的肼和尿素會對環(huán)境造成嚴重污染。利用電化學氧化技術(shù)處理含肼和尿素的廢水，既可以有效處理廢水，實現(xiàn)氮循環(huán)，又能將肼和尿素作為新型燃料，有助于新能源的發(fā)展。然而，目前實現(xiàn)肼氧化（HzOR）和尿素氧化（UOR）的電化學技術(shù)仍存在挑戰(zhàn)。因此，開發(fā)低成本、高效且穩(wěn)定性好的電催化劑是實現(xiàn)這一技術(shù)的先決條件。在本文中，我們采用水熱-堿刻蝕-磷化的三步方法，制備了一種富含陽離子缺陷的雙金屬磷化物Ni2P/CoP3催化劑（簡稱Ni2P/CoP3-Znvac），并將其應(yīng)用于肼氧化和尿素氧化。該催化劑由貧磷的Ni2P和富磷的CoP3兩種不同性質(zhì)的磷化物組成。CoP3中富集的磷含有大量的負電荷，有利于吸附帶正電荷的中間物種；而Ni2P中磷含量較少，金屬含量高，具有良好的導(dǎo)電性，可以確?？焖俚姆磻?yīng)動力學。通過物理表征和電化學測試，證實了Ni2P/CoP3的成功合成和其獨特的電子結(jié)構(gòu)。電子順磁測試（EPR）證明了陽離子空位的存在，大量的陽離子空位缺陷有助于增加活性位點的數(shù)量，從而提升催化性能。因此，該催化劑在肼氧化和尿素氧化方面表現(xiàn)出色。僅需?47 mV （HzOR）和1.311 V（UOR）的電位即可產(chǎn)生10 mA?cm?2的電流密度。Tafel斜率分別為54.3 mV?dec?1 （HzOR）和37.24 mV?dec?1 （UOR）。Ni2P/CoP3-Znvac在HzOR和UOR方面的性能遠優(yōu)于單獨的Ni2P和CoP3，也優(yōu)于未經(jīng)堿刻蝕的鎳鈷磷化物。基于以上的測試結(jié)果，我們將Ni2P/CoP3-Znvac催化劑應(yīng)用于直接肼燃料電池（DHzFC）和直接尿素-雙氧水燃料電池（DUHPFC）的陽極，測試表明DHzFC和DUHPFC的最大功率密度分別為229.01和16.22 mW?cm?2。更為重要的是，DHzFC和DUHPFC能夠穩(wěn)定工作24 h，性能幾乎不衰退。此外，Ni2P/CoP3-Znvac材料還可應(yīng)用于自制的鋅-肼燃料電池，并展示出良好的實際應(yīng)用潛力。綜上所述，本研究通過一系列方法制備了Ni2P/CoP3-Znvac催化劑，該催化劑在肼氧化和尿素氧化方面具有優(yōu)異性能。這項工作為設(shè)計高效且穩(wěn)定性好的肼氧化和尿素氧化電催化劑提供了新的思路。

關(guān)鍵詞：Ni2P/CoP3異質(zhì)結(jié)；陽離子空位缺陷；堿刻蝕；肼氧化；尿素氧化

中圖分類號：O646