In this work, we elucidate the crucial role of borate anions ([B(OH)₄]^-) for the electrocatalytic urea oxidation reaction (UOR) using a nanoporous metallic nickel (NP-Ni) catalyst grown on Si substrates. The UOR activity of the NP-Ni catalyst has been studied at various boric acid (H₃BO₃) concentrations, demonstrating superior activity at a specific electrolytic composition of 0.5 M KOH, 0.33 M urea, and 50 mM of H₃BO₃. Based on a wide range of electrochemical techniques, such as, cyclic voltammetry (CV), linear sweep voltammetry (LSV), Pb-anodic deposition, and chronoamperometry (CA), we develop a potential mechanism for the [B(OH)₄]^--mediated UOR. The high double layer capacitance, surface density of Ni redox sites, and urea oxidation currents, clearly demonstrate the significant impact of [B(OH)₄]^- during electrolysis. Furthermore, we find that UOR catalyzed by the NP-Ni is controlled by diffusion both in presence and absence of [B(OH)₄]^-. Finally, a set of physical characterizations, including XPS, SEM, and TEM were performed to correlate the composition and structure of the NP-Ni to the [B(OH)₄]^--mediated increased UOR activity. The improved UOR activity attributed to the [B(OH)₄]^- mediation could open a new possibility of research for UOR driven wastewater treatment.

中文翻译：

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通过将纳米多孔镍与硼酸盐阴离子配对来提高尿素电氧化活性


在这项工作中，我们使用在 Si 衬底上生长的纳米多孔金属镍 （NP-Ni） 催化剂阐明了硼酸盐阴离子 （[B（OH）₄]^-） 在电催化尿素氧化反应 （UOR） 中的关键作用。已研究了不同硼酸 （H₃BO₃） 浓度下 NP-Ni 催化剂的 UOR 活性，在 0.5 M KOH、0.33 M 尿素和 50 mM H₃BO₃ 的特定电解组成下表现出优异的活性。基于广泛的电化学技术，例如循环伏安法 （CV）、线性扫描伏安法 （LSV）、铅阳极沉积法和计时安培法 （CA），我们开发了一种用于 [B（OH）₄^{] 介}导的 UOR 的潜在机制。高双电层电容、Ni 氧化还原位点的表面密度和尿素氧化电流清楚地证明了 [B（OH）₄]^- 在电解过程中的重大影响。此外，我们发现 NP-Ni 催化的 UOR 在存在和不存在 [B（OH）₄]^- 时都受扩散控制。最后，进行了一组物理表征，包括 XPS、SEM 和 TEM，以将 NP-Ni 的组成和结构与 [B（OH）₄^{] 介}导的 UOR 活性增加相关联。归因于 [B（OH）₄]^- 介导的 UOR 活性的提高可能为 UOR 驱动的废水处理的研究开辟新的可能性。