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Nickel Phosphide Clusters Sensitized TiO2 Nanotube Arrays as Highly Efficient Photoanode for Photoelectrocatalytic Urea Oxidation
Advanced Functional Materials ( IF 18.5 ) Pub Date : 2023-01-11 , DOI: 10.1002/adfm.202211169 Ying Tao 1, 2 , Zhong Ma 3 , Wenchao Wang 1 , Chi Zhang 2 , Lanlan Fu 2 , Qiong Zhu 2 , Yanliu Li 1 , Guisheng Li 1, 2 , Dieqing Zhang 1
Advanced Functional Materials ( IF 18.5 ) Pub Date : 2023-01-11 , DOI: 10.1002/adfm.202211169 Ying Tao 1, 2 , Zhong Ma 3 , Wenchao Wang 1 , Chi Zhang 2 , Lanlan Fu 2 , Qiong Zhu 2 , Yanliu Li 1 , Guisheng Li 1, 2 , Dieqing Zhang 1
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The photoelectrocatalytic urea oxidation reaction (PEC-UOR) holds a great promise for the wastewater remediation and energy production. However, the low efficiency of semiconductor/cocatalysts type photoanodes for UOR restricts their applications in photoelectrocatalytic system. Herein, a new semiconductor/cocatalyst, Ni2P clusters sensitized TiO2 nanotube arrays photoanode (Ni2P/TiO2-NTAs) for PEC-UOR with high efficiency are developed. The 1D TiO2-NTAs structure accelerates urea molecules diffusion and promotes CO2 gas release at the electrode interface. Meanwhile, Ni2P is also beneficial to urea molecule absorption and CO2 desorption and enable to lower the energy barrier for amine (NH) dehydrogenation. Furthermore, the robust interfacial charge transfer pathway between Ni2P and TiO2 interface promotes the separation of photogenerated electrons and holes and the transfer of photogenerated electrons from Ni2P to TiO2. Therefore, this photoanode shows excellent PEC-UOR performance with the potential of 1.43 V versus reversible hydrogen electrode (RHE) when the current density reaches 10 mA cm−2, which is much lower than that of 2.24 V versus RHE and 1.58 V versus RHE for TiO2-NTAs and Ni(OH)2/TiO2-NTAs, respectively.
中文翻译：
磷化镍簇敏化 TiO2 纳米管阵列作为光电催化尿素氧化的高效光阳极
光电催化尿素氧化反应 (PEC-UOR) 在废水修复和能源生产方面具有广阔前景。然而，用于UOR的半导体/助催化剂型光阳极的低效率限制了它们在光电催化系统中的应用。在此，开发了一种用于高效 PEC-UOR 的新型半导体/助催化剂 Ni 2 P 团簇敏化 TiO 2纳米管阵列光电阳极（Ni 2 P/TiO 2 -NTAs）。一维TiO 2 -NTAs结构加速尿素分子扩散并促进电极界面处的CO 2气体释放。同时，Ni 2 P也有利于尿素分子吸收和CO 2脱附并能够降低胺（ NH ）脱氢的能垒。此外，Ni 2 P和TiO 2界面之间稳健的界面电荷转移途径促进了光生电子和空穴的分离以及光生电子从Ni 2 P到TiO 2的转移。因此，当电流密度达到 10 mA cm -2时，该光电阳极表现出优异的 PEC-UOR 性能，其电位为 1.43 V vs 可逆氢电极 (RHE)，远低于 2.24 V vs RHE 和 1.58 V vs RHE 的电位分别用于 TiO 2 -NTA 和 Ni(OH) 2 /TiO 2 -NTA。
更新日期：2023-01-11
中文翻译：
磷化镍簇敏化 TiO2 纳米管阵列作为光电催化尿素氧化的高效光阳极
光电催化尿素氧化反应 (PEC-UOR) 在废水修复和能源生产方面具有广阔前景。然而，用于UOR的半导体/助催化剂型光阳极的低效率限制了它们在光电催化系统中的应用。在此，开发了一种用于高效 PEC-UOR 的新型半导体/助催化剂 Ni 2 P 团簇敏化 TiO 2纳米管阵列光电阳极（Ni 2 P/TiO 2 -NTAs）。一维TiO 2 -NTAs结构加速尿素分子扩散并促进电极界面处的CO 2气体释放。同时，Ni 2 P也有利于尿素分子吸收和CO 2脱附并能够降低胺（ NH ）脱氢的能垒。此外，Ni 2 P和TiO 2界面之间稳健的界面电荷转移途径促进了光生电子和空穴的分离以及光生电子从Ni 2 P到TiO 2的转移。因此，当电流密度达到 10 mA cm -2时，该光电阳极表现出优异的 PEC-UOR 性能，其电位为 1.43 V vs 可逆氢电极 (RHE)，远低于 2.24 V vs RHE 和 1.58 V vs RHE 的电位分别用于 TiO 2 -NTA 和 Ni(OH) 2 /TiO 2 -NTA。
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