Page 127 - 《精细化工》2023年第2期

第 40 卷第 2 期 精 细 化 工 Vol.40, No.2
20 23 年 2 月 FINE CHEMICALS Feb. 2023

有机电化学与工业
NF@Ni S @CoFe-LDHs 电极用于
3 4

尿素辅助碱性析氧

*
卫学玲，包维维 ，邹祥宇，李文虎，蒋 鹏，艾桃桃
（陕西理工大学 材料科学与工程学院，陕西 汉中 723000）

摘要：具有较高过电势的阳极析氧反应（OER）是电解水的关键半反应。利用理论过电势为 0.37 V 的尿素氧化
反应（UOR）来降低阳极反应过电势。采用水热法在泡沫镍（NF）基底上原位构建 NF@Ni 3 S 4 后，利用电化学
沉积的方法在 NF@Ni 3 S 4 表面生长 CoFe-LDHs，得到异质核壳结构 NF@Ni 3 S 4 @CoFe-LDHs 电极。在尿素辅助
碱性析氧反应过程中，该电极的分级结构可加快对中间产物的吸附和质子的解吸速率。在浓度为 1 mol/L KOH
2
电解液中，该电极在 283 mV 的过电势下可驱动 100 mA/cm 的电流密度，塔菲尔斜率为 55.9 mV/dec。在浓度为
0.10、0.33 和 0.50 mol/L 尿素与 1 mol/L KOH 混合电解液中，该电极均仅需 1.33 V vs. RHE 电压即可获得 10
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mA/cm 的电流密度。在 0.33 mol/L 尿素和 1 mol/L KOH 混合电解液中，该电极可稳定运行 20 h。
关键词：析氧反应；尿素氧化；电解水；催化电极；核壳结构；有机电化学与工业
中图分类号：TQ116.2；TQ151 文献标识码：A 文章编号：1003-5214 (2023) 02-0349-07

NF@Ni 3S 4@CoFe-LDHs electrode for urea-assisted
alkaline oxygen evolution reaction

*
WEI Xueling, BAO Weiwei , ZOU Xiangyu, LI Wenhu, JIANG Peng, AI Taotao
（School of Material Science and Engineering, Shaanxi University of Technology, Hanzhong 723000, Shaanxi, China）

Abstract: Anodic oxygen evolution reaction (OER) with high overpotential is the key half reaction of water
electrolysis. Urea oxidation reaction (UOR) with a theoretical overpotential of 0.37 V was used to decrease
the anodic overpotential. Heterogeneous core-shell structure NF@Ni 3S 4@CoFe-LDHs electrode was
synthesized via electrochemical deposition of CoFe-LDHs on NF@Ni 3S 4 which was constructed in situ on
nickel foam (NF) substrate by hydrothermal method. The hierarchical structure of NF@Ni 3S 4@CoFe-LDHs
electrode accelerated the adsorption of intermediate products and the proton desorption on the electrode
2
surface in the process of urea-assisted OER. At a current density of 100 mA/cm , the electrode presented an
overpotential of 283 mV in 1 mol/L KOH electrolyte with a Tafel slope of 55.9 mV/dec. In the mixed
electrolyte of 0.10, 0.33 and 0.50 mol/L urea and 1 mol/L KOH, the electrode required 1.33 V vs. RHE to
2
obtain the current density of 10 mA/cm . In 0.33 mol/L urea and 1 mol/L KOH electrolyte, the electrode
could maintain stability for 20 h.
Key words: oxygen evolution reaction (OER); urea oxidation; electrolysis water; catalytic electrode;
core-shell structure; electro-organic chemistry and industry

能效高且无污染的新型能源可有效解决传统能 氢能源转变的最佳候选能源。在现有的制氢技术中，
[1]
源枯竭以及相应环境问题 。氢能源具有能量密度 电解水制氢已被证明是存储太阳能、风能等可再生能
[2]
高、零碳排放的优势，是从化石能源向清洁、可持续 源的一种有前途的方法 。电解水通常包括阳极析氧

收稿日期：2022-06-28; 定用日期：2022-08-04; DOI: 10.13550/j.jxhg.20220602
基金项目：国家自然科学基金青年科学基金项目（51504147）
作者简介：卫学玲（1980—），女，硕士，工程师，E-mail：weixling0808@163.com。联系人：包维维（1982—），女，博士，副教授，
E-mail：baowei1834@163.com。