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文章题目：Doped Mn Enhanced NiS Electrooxidation Performance of HMF into FDCA at Industrial-Level Current Density
DOI: 10.1002/adfm.202214488
期刊：Advanced Functional Materials
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研究背景与意义：
传统的FDCA合成方法使用贵金属催化剂和有毒氧化剂，在高温高压下进行，成本高且能耗大。因此，开发一种环境友好且成本效益高的HMF到FDCA的转换方法是该领域的主要挑战。
主要发现：
这篇文章展示了一种直接生长在三维石墨毡（GF）基底上的Mn掺杂NiS纳米片电催化剂，这种电催化剂能在工业级电流密度（500 mA cm−2）下高效地将HMF电氧化成FDCA。
Mn0.2NiS/GF电催化剂在H型电池中表现出优异的HMFOR性能，具有高选择性（98.3%）、产率（97.6%）、法拉第效率（94.2%）和良好的稳定性（10个循环）。特别是，FDCA的生产速率可达4.56 g h−1，优于文献中报道的其他HMFOR电催化剂。
通过扩大Mn0.2NiS/GF电极面积并组装在连续流电解槽中，实现了高达44.32 g h−1的FDCA生产速率。
结果与讨论
图1
a 制备方法示意图：展示了通过水热法在石墨毡（GF）基底上直接生长Mn0.2NiS纳米片的过程。
bXRD（X射线衍射）谱图：展示了Mn0.2NiS/GF和NiS/GF的XRD谱图，用于分析和确认材料的晶体结构。XRD结果显示Mn0.2NiS/GF保持了典型的菱形NiS结构，并且Mn掺杂导致衍射峰轻微向低角度方向移动，暗示晶格参数的增加。
c, d SEM（扫描电子显微镜）图像：展示了Mn0.2NiS/GF的形貌，显示了大量均匀分布在GF表面的纳米片。
e, f TEM（透射电子显微镜）图像：进一步展示了Mn0.2NiS/GF的纳米片结构，直径在200-300纳米之间。插图f显示了相应的选区电子衍射（SAED）图案，揭示了Mn0.2NiS/GF纳米片的多晶性质。
g HRTEM（高分辨率透射电子显微镜）图像：揭示了NiS的（220）晶面的晶格条纹间距为0.244纳米。
h 元素分布图：通过能量色散X射线光谱（EDS）元素映射分析展示了Mn0.2NiS/GF纳米片中Ni、S和Mn元素的存在和均匀分布。
图2
a BET（Brunauer-Emmett-Teller）曲线图：展示了Mn0.2NiS/GF和NiS/GF的BET曲线，这些曲线用于表征材料的孔隙性质，包括比表面积和孔径分布。结果显示两种材料都具有IV型等温线特征，表明它们具有介孔结构。
b XPS（X射线光电子能谱）谱图：展示了Mn0.2NiS/GF的XPS全谱，显示了Mn、Ni、S、O和C元素的存在。
c Ni 2p的高分辨率XPS谱图：比较了Mn0.2NiS/GF和NiS/GF中Ni 2p的高分辨率XPS谱图，显示了Ni的不同价态，包括Ni3+、Ni2+和少量Ni+物种。Mn掺杂后，Ni的电子密度增加。
d S 2p的高分辨率XPS谱图：展示了Mn0.2NiS/GF和NiS/GF中S 2p的高分辨率XPS谱图，可以归属为S2-物种的S 2p3/2和S 2p1/2峰，以及归属于S-O物种的峰，表明表面S原子的氧化。
图3
a 线性扫描伏安图（LSV）：展示了Mn0.2NiS/GF在1 M KOH溶液中有无100 mM HMF时的LSV曲线。这可以用来比较HMF氧化和氧进化反应（OER）的电化学活性。
b 不同电流密度下HMFOR和OER之间的电位差比较：展示了在不同电流密度下，HMFOR和OER之间的电位差异，显示了Mn0.2NiS/GF在促进HMF氧化方面的优势。
c 不同电极材料的LSV曲线比较：展示了Mn0.2NiS/GF、NiS/GF、Ni(OH)2/GF和纯GF在1 M KOH溶液中含100 mM HMF时的LSV曲线，比较了它们的电催化活性。
d Tafel图：展示了Mn0.2NiS/GF在1 M KOH溶液中有无100 mM HMF时的Tafel图，用于分析电氧化反应的动力学。
e Nyquist图：展示了Mn0.2NiS/GF、NiS/GF和Ni(OH)2/GF在1 M KOH溶液中含100 mM HMF时的Nyquist图，用于评估电极界面的电荷转移阻抗。
f 电容电流密度图：展示了Mn0.2NiS/GF、NiS/GF和Ni(OH)2/GF的电容电流密度，用于比较它们的电化学活性表面积（ECSA）。
