南航/东华大学Angew: 非晶态NiO快速表面重构，促进工业电催化EOR

学术 2024-11-29 08:31 广东

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采用电化学方法对聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)进行回收和转化，可在解决环境污染问题的同时生产高价值产物。在碱基或水解酶的促进作用下，PET在温和的条件下有效地分解成单体成分。这些单体，如乙二醇(EG)，可以电化学转化为有价值的产物。

最近，有研究报道在温和的操作条件下将PET废物转化为有价值化学品和H₂燃料。得益于高效的乙二醇氧化反应(EOR)催化剂，这种创新的方法不仅展示了优异的产品选择性，还提供了良好的反应效率。因此，开发经济高效、高效的EOR催化材料，对于提高电转化升级过程，产生更大的经济效益至关重要。

近日，南京航空航天大学彭生杰、东华大学覃小红和季东晓等在泡沫Ni上原位生长非晶态氧化镍(AC-NiO/NF)，并将其用于在安培级电流密度下高选择性催化EOR。

实验结果表明，在1 M KOH+0.3 M EG电解质中，AC-NiO/NF催化剂在1.5 V_RHE下的电流密度超过1 A cm^-2，乙二醇氧化为甲酸的法拉第效率为80%，产率为7.16 mmol cm^-2 h^-1。

此外，AC-NiO/NF能够在1.5 V_RHE下连续电解约10小时，显示出优异的稳定性(电流密度呈先增加后下降的趋势，其中最初的增加主要归因于催化剂的活化，而随后的下降主要是由于EG的消耗)。

原位光谱表征和理论计算表明，AC-NiO/NF催化剂在反应过程中快速转化为γ-NiOOH，形成非晶-晶体界面。在这种构型中，每个Ni位点都表现出电化学活性，为反应物的吸附和催化反应产生了大量的反应位点，从而提高了催化剂的活性；同时，非晶-晶体结构提高了晶界密度，进一步增加了催化剂上催化活性位点的数量。

此外，该结构结合了非晶材料的缺陷和不饱和电子构型特征，以及晶体材料的高导电性和稳健的结构稳定性。因此，AC-NiO/NF表现出优异的EOR活性和稳定性，为未来废PET的回收和大规模升级提供了广阔的前景。

Rapid surface reconstruction of amorphous-crystalline NiO for industrial-scale electrocatalytic PET upcycling. Angewandte Chemie International Edition, 2024. DOI: 10.1002/anie.202418640

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