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Ni-Doped MnO2 Nanosheet Arrays for Efficient Urea Oxidation
Inorganic Chemistry ( IF 4.3 ) Pub Date : 2023-03-10 , DOI: 10.1021/acs.inorgchem.3c00234 Huaiyu Zhang 1 , Yu Bai 1 , Xue Lu 2 , Liang Wang 3 , Yan Zou 1 , Yujia Tang 1 , Dongdong Zhu 1
Inorganic Chemistry ( IF 4.3 ) Pub Date : 2023-03-10 , DOI: 10.1021/acs.inorgchem.3c00234 Huaiyu Zhang 1 , Yu Bai 1 , Xue Lu 2 , Liang Wang 3 , Yan Zou 1 , Yujia Tang 1 , Dongdong Zhu 1
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Urea oxidation reaction (UOR), with a low thermodynamic potential, offers great promise for replacing anodic oxygen evolution reaction of electrolysis systems such as water splitting, carbon dioxide reduction, etc., thus reducing the overall energy consumption. To promote the sluggish kinetics of UOR, highly efficient electrocatalysts are required, and Ni-based materials have been widely investigated. However, most of these reported Ni-based catalysts suffer from large overpotentials, as they generally undergo self-oxidation to form NiOOH species at high potentials, which act as catalytically active sites for UOR. Herein, Ni-doped MnO2 (Ni-MnO2) nanosheet arrays were successfully prepared on nickel foam. The as-fabricated Ni-MnO2 shows distinct UOR behavior with most of the previously reported Ni-based catalysts, as urea oxidation on Ni-MnO2 proceeds before the formation of NiOOH. Notably, a low potential of 1.388 V vs reversible hydrogen electrode was required to achieve a high current density of 100 mA cm–2 on Ni-MnO2. It is suggested that both Ni doping and nanosheet array configuration are responsible for the high UOR activities on Ni-MnO2. The introduction of Ni modifies the electronic structure of Mn atoms, and more Mn3+ species are generated in Ni-MnO2, contributing to its outstanding UOR performance.
中文翻译：
用于高效尿素氧化的 Ni 掺杂 MnO2 纳米片阵列
尿素氧化反应（UOR）具有较低的热力学势，有望替代水分解、二氧化碳还原等电解系统的阳极析氧反应，从而降低整体能耗。为了促进 UOR 的缓慢动力学，需要高效的电催化剂，镍基材料已被广泛研究。然而，大多数这些报道的镍基催化剂都存在较大的过电势，因为它们通常会在高电势下进行自氧化形成 NiOOH 物质，作为 UOR 的催化活性位点。在此，Ni掺杂的MnO 2 (Ni-MnO 2 )纳米片阵列在泡沫镍上成功制备。制备的 Ni-MnO 2由于尿素在 Ni-MnO 2上的氧化在NiOOH 形成之前进行，因此显示出与大多数先前报道的 Ni 基催化剂不同的 UOR 行为。值得注意的是，与可逆氢电极相比，需要 1.388 V 的低电势才能在 Ni-MnO 2上实现 100 mA cm –2的高电流密度。这表明 Ni 掺杂和纳米片阵列配置是造成 Ni-MnO 2上高 UOR 活性的原因。Ni的引入改变了Mn原子的电子结构， Ni-MnO 2中产生更多的Mn 3+物种，使其具有出色的UOR性能。
更新日期：2023-03-10
中文翻译：
用于高效尿素氧化的 Ni 掺杂 MnO2 纳米片阵列
尿素氧化反应（UOR）具有较低的热力学势，有望替代水分解、二氧化碳还原等电解系统的阳极析氧反应，从而降低整体能耗。为了促进 UOR 的缓慢动力学，需要高效的电催化剂，镍基材料已被广泛研究。然而，大多数这些报道的镍基催化剂都存在较大的过电势，因为它们通常会在高电势下进行自氧化形成 NiOOH 物质，作为 UOR 的催化活性位点。在此，Ni掺杂的MnO 2 (Ni-MnO 2 )纳米片阵列在泡沫镍上成功制备。制备的 Ni-MnO 2由于尿素在 Ni-MnO 2上的氧化在NiOOH 形成之前进行，因此显示出与大多数先前报道的 Ni 基催化剂不同的 UOR 行为。值得注意的是，与可逆氢电极相比，需要 1.388 V 的低电势才能在 Ni-MnO 2上实现 100 mA cm –2的高电流密度。这表明 Ni 掺杂和纳米片阵列配置是造成 Ni-MnO 2上高 UOR 活性的原因。Ni的引入改变了Mn原子的电子结构， Ni-MnO 2中产生更多的Mn 3+物种，使其具有出色的UOR性能。
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