Page 132 - 《精细化工》2023年第2期

·354· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 40 卷

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270 mA/cm 降低到 10 mA/cm 进行多步电流测试，
结果如图 8a 内插图所示。测试区间内电压波动不
大，正向与逆向驱动相同电流密度所需的电压几乎
相同，表 明该电极具有优异的传质性 。对其在稳
定性测试前后的 LSV 曲线和 0.4 V 电压下的阻抗图
谱进行对比，结果如图 8b 和内插图所示。从图中可
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以看出，稳定性测试前后驱动 100 mA/cm 的电流所
需电压仅增加了 51 mV，R ct 增加了 0.21 Ω。综上，
NF@Ni 3 S 4 @CoFe 具有良好的稳定性。

a—LSV；b—EIS；c—C dl；d—极化曲线
图 7 电极的 UOR 催化活性
Fig. 7 UOR catalytic activity of electrodes

表 1 列举了部分以 NF 为基底的过渡金属催化
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电极在 UOR 过程中驱动 100 mA/cm 电流密度所需电
势。其中，电解液为 1 mol/L KOH+x mol/L 尿素。

表 1 不同催化剂的 UOR 性能
Table 1 UOR performance of different catalysts
电解液/ 负载量/ 电势/
负载催化剂 2 参考文献
(mol/L) (mg/cm ) (V vs. RHE)
a—20 h 恒电流稳定性（内插图为多步电流曲线）；b—稳定性测
1+0.33 6.5 1.41 [22]
Cu:α-Ni(OH) 2 试前后 LSV 曲线（内插图为 EIS）
MoP@NiCo-LDH 1+0.33 1.5 1.48 [23] 图 8 NF@Ni 3 S 4 @CoFe 的 UOR 稳定性
Fig. 8 UOR stability of NF@Ni 3 S 4 @CoFe
1+0.33 3.1 1.39 [24]
Cu 6.2%-Co(OH) 2
Ni 3N/Ni 0.2Mo 0.8N 1+0.33 2.5 1.36 [25]
3 结论
Ni xFeN/Ni 3N 1+0.50 — 1.35 [26]
Ni 3S 4@CoFe 1+0.33 2.2 1.38 本文 采用水热和电化学沉积相结合的方法在泡沫镍
注：“—”代表无数据。 上原位构筑了三维核壳结构催化电极。得益于分级
结构，NF@Ni 3 S 4 @CoFe 具有较高的暴露表面，为
由表 1 可知，在 UOR 过程中，NF@Ni 3 S 4 @CoFe 电子和离子提供了多层次的传输路径；同时，CoFe-
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驱动 100 mA/cm 电流密度时所需电势仅为 1.38 V LDHs 和 Ni 3 S 4 协同诱导了电解反应过程中水的解离
vs. RHE，说明其具有明显的 UOR 催化优势。 和氢吸附。在尿素的辅助下可降低阳极反应电势，
稳定性是实现电极工业化应用的一个重要指 在 1 mol/L KOH 与 0.33 mol/L 尿素的混合电解液中，
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标，因此，在 1 L〔1 mol/L KOH+0.33 mol/L 尿素〕电 驱动 100 mA/cm 电流密度时所需电势仅为 1.38 V
解液 中对 NF@Ni 3S 4@CoFe 进行 20 h 恒电流 vs. RHE，比 1 mol/L KOH 电解液低 0.13 V，20 h 恒
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（20 mA/cm ）测试，结果如图 8a 所示，电压由 1.41 V 电压测试中驱动 20 mA/cm 电流密度所需电压仅增
vs. RHE 升至 1.44 V vs. RHE，仅增加 30 mV，说明 加了 30 mV，展示出较高的碱性尿素催化活性。该
该电极具有较好的耐久性。在 0~600 s 内电流密度 电极对电解质的波动适应性好。本研究为治理尿素
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从 10 mA/cm 增加 到 270 mA/cm ，再 逆向 从 废水以及尿素协助碱性条件制氢提供了实验支撑。