Page 18 - 《精细化工》2023年第11期

·2330· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 40 卷

率最大可达 25.3 mg/(h·g)，法拉第效率为 6.7%。 促进尿素（Urea）分子的持续裂解，并降低 UOR 的
当前，大多数研究通过原子掺杂调控 MnO 2 的 电荷转移电阻。此外，层状结构能够提供丰富的活
电子结构，提高其导电性，从而优化电极的 NRR 催 性位点和传输通道，促进 Urea 分子的扩散和反应中
化性能。然而，这些原子掺杂的 MnO 2 基 NRR 催化 间产物的吸附，以获得良好的 UOR 催化活性。在含
电极存在 NH 3 产率和法拉第效率偏低的问题，阻碍 有 0.33 mol/L Urea 的 1 mol/L KOH 溶液中，
了其工业化应用进程。除原子掺杂外，后续研究可 NF@Ni-MnO 2 在 0.6 V vs. SCE 下的响应电流密度为
2
尝试其他方法制备高效的 MnO 2 基 NRR 催化剂，进 150 mA/cm 。XIAO 等 [87] 选用 NF 为基体，通过水
一步提升其法拉第效率和 NH 3 产率，如提高 MnO 2 热 法与电化 学法合成 了具有纳 米片结构 的
基催化电极的 NRR 选择性、构筑基于三维多孔基体 MnO 2 /MnCo 2 O 4 /Ni 电极（MMCN），如图 8a、b 所
的 MnO 2 分级结构等。 示。这种纳米片结构具有较大的活性比表面积，能
4.4 尿素氧化反应（UOR） 提供丰富的活性位点，使 MnO 2 /MnCo 2 O 4 /Ni 电极表
传统电解水 OER 过电位较高，且产物经济价值 现出优异的 UOR 催化活性、选择性和稳定性。与
低，采用过电位更低的 UOR 来替代 OER，降低电 1 mol/L KOH 溶液相比，MnO 2 /MnCo 2 O 4 /Ni 电极在
极过程槽压的同时，实现污染物降解 [84] 。UOR 涉及 含有 0.5 mol/L Urea 的 1 mol/L KOH 溶液中进行
6 个电子转移，中间体在催化剂表面的吸/脱附严重 UOR，可响应较 OER 更高的电流密度，并表现出良
制约了其反应速率 [85] 。开发设计高效的 UOR 催化 好的 OER 替代潜力（图 8c）。在 1.7 V vs. RHE 下，
2
剂已成为当下研究热点。已有研究表明，MnO 2 具有 MnO 2/MnCo 2O 4/Ni 电极可驱动 384 mA/cm 的大电流
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良好的 UOR 活性。TSAI 等 [86] 通过水热法在 NF 基 密度（图 8d），并且在 10 mA/cm 的电流密度下能稳
体上合成了具有优异 UOR 催化活性的层状 Ni 掺杂 定工作 15 h（图 8e）。
3+
δ-MnO 2 （NF@Ni-MnO 2 ）。NF@Ni-MnO 2 中 Ni 可

图 8 MnO 2 /MnCo 2 O 4 /Ni 电极合成示意图（a）；MMCN 多孔电极的 SEM 图（b）；MMCN 电极分别在含 0.5 mol/L 尿素
的 1 mol/L KOH 溶液（红）与 1 mol/L KOH（黑）溶液中的线性扫描伏安曲线（LSV）（c），扫速为 5 mV/s，内
插图①、②分别为 NF 基体与 MMCN 的光学图像；不同电极在含 0.5 mol/L 尿素的 1 mol/L KOH 溶液中的 UOR
极化曲线（d）；MMCN 电极的 UOR 稳定性测试图（e） [87]
Fig. 8 Schematic diagram of MnO 2 /MnCo 2 O 4 /Ni electrode synthesis (a); SEM image of MMCN porous electrode (b); Linear
sweep voltammetry (LSV) curves of MMCN electrode in 1 mol/L KOH with (red)/without (black) 0.5 mol/L urea at a
scan rate of 5 mV/s, the insets ① and ② is the optical images of NF substrate and MMCN, respectively (c); UOR
polarization curves of different electrodes (d); UOR stability test of MMCN electrode (e) [87]

此外，MENG 等 [88] 在碳纤维纸（CFP）基体上 极，并研究了复合电极中 Mn 含量对 UOR 催化性能
合成了 UOR 活性优异的 Ni(OH) 2 /MnO 2 @CP 薄膜电 的影响。研究发现，催化剂中的 Mn 可将 Ni 稳定在