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利用有機(jī)化合物的電氧化取代析氧反應(yīng)（OER）被認(rèn)為是提高電解水分解過程能量轉(zhuǎn)換效率的一種有前途的方法。因此，開發(fā)具有低電位和高電流密度的高效電催化劑對(duì)于大規(guī)模生產(chǎn)氫氣（H₂）和其他增值化學(xué)品至關(guān)重要。

基于此，天津理工大學(xué)王成教授等人報(bào)道了一種在泡沫鎳（NF）基底上自支撐Co-摻雜的Ni₃S₂非貴金屬電催化劑（記為Co_xNiS@NF），并將其用作堿性水溶液條件下5-羥甲基糠醛（5-hydroxymethylfurfural, HMF）氧化反應(yīng)（HMFOR）的催化劑。

天津理工王成Adv. Sci.：共摻雜Ni3S2催化劑高效電氧化5-羥甲基糠醛：有望在工業(yè)級(jí)電流密度下生產(chǎn)H2

在文中，在Ni泡沫基底上直接生長(zhǎng)自支撐的Co-摻雜Ni₃S₂電催化劑（Co_xNiS@NF），以構(gòu)建3D多孔和無粘合劑的集成電極。Co-摻雜不僅促進(jìn)了具有豐富活性位點(diǎn)的納米片狀陣列Co_xNiS@NF的形成，而且有效地降低了HMFOR過電位。優(yōu)化后的Co_0.4NiS@NF表現(xiàn)出優(yōu)異的HMF電氧化活性，起始電位較低（0.9 V vs. RHE），并在1.45 V時(shí)實(shí)現(xiàn)了497 mA cm^-2的大電流密度，優(yōu)于已報(bào)道的最先進(jìn)的Ni/Co基電催化劑。

此外，只需要1.04 V即可實(shí)現(xiàn)HMFOR的10 mA cm^-2的電流密度，這比OER降低了430 mV。

與堿性介質(zhì)中的陰極HER結(jié)合使用，在HMFOR輔助H₂生產(chǎn)過程中，2, 5-呋喃二甲酸（FDCA）和H₂在含有10×10^-3 M HMF的 10 mL電解液中的產(chǎn)率分別為330.4 μmol cm^-2 h^-1和1000 μmol cm^-2 h^-1。

作者還研究了電解溫度和HMF濃度對(duì)HMFOR的影響，Co_0.4NiS@NF電催化劑對(duì)HMFOR表現(xiàn)出良好的循環(huán)耐久性，可用于葡萄糖、果糖和糠醛等其他生物質(zhì)衍生化學(xué)品的電氧化。該研究提出了一種基于雜原子摻雜來制造高性能催化劑，該催化劑可以通過將傳統(tǒng)的HER陰極過程與HMFOR相結(jié)合來促進(jìn)工業(yè)水平的H₂生產(chǎn)。

Efficient Electrooxidation of 5-Hydroxymethylfurfural Using Co-Doped Ni₃S₂ Catalyst: Promising for H₂ Production under Industrial-Level Current Density. Adv. Sci., 2022, DOI: 10.1002/advs.202200957.

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