广州大学刘兆清&悉尼大学赵慎龙Angew.:阳离子空位活化策略激活晶格氧以增强尿素电解!

2022-05-22 08:38:06 北京 崛步化学
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研究内容

尽管高价镍基氧化物在尿素氧化反应(UOR)中表现出良好的催化活性,但有关其性能来源及其构效关系的基本问题仍有待阐明。

广州大学刘兆清教授和悉尼大学赵慎龙通过一系列制备的阳离子空位可控LiNiO2(LNO)模型催化剂,揭示了UOR的潜在增强机制。结果显示,优化后的层状LNO-2在10 mA cm-2时表现出极低的过电位,并在160 h测试后表现出良好的稳定性。相关工作以“Activating Lattice Oxygen in Layered Lithium Oxides through Cation Vacancies for Enhanced Urea Electrolysis”为题发表在Angewandte Chemie International Edition上。

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研究要点

要点1.作者使用x射线吸收近边结构(XANS)和傅里叶变换红外光谱(operando FTIR)技术,合成了一系列定义明确的LiNiO2作为原型催化剂,以研究UOR过程中的高活性来源和催化机理。

要点2.x射线吸收光谱和x射线光电子能谱监测了局域原子环境的变化,表明由去锂过程引起的晶格应变效应可以使Ni-O基团的电荷重新分布。

要点3.结果显示,优化后的LNO-2在10 mA cm-2时表现出极低的过电位,并在160 h测试后表现出良好的稳定性,优于文献报道的相同条件下的工作。结合理论分析和操作表征表明,具有中等阳离子空位的层状LiNiO2中激活的晶格氧引发Ni位电荷失调形成Ni4+,促进晶格氧参与催化过程的去质子化。

要点4.原位电化学-FTIR光谱和计算分析显示,与传统的吸附质演化机制不同,在富含Li空位的高价Ni的LiNiO2表面的尿素催化更倾向于晶格氧参与机制(LOM)的能量有利途径。

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研究图文

图2. 尿素在晶格应变LNO催化剂中的电化学氧化行为。

图3. 氧化带结构与ONB的形成。

图4. 尿素分解吸附行为及能量图。

图5. 不同条件下催化剂的原位衰减全反射(ATR)-FTIR光谱。

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文献详情

Activating Lattice Oxygen in Layered Lithium Oxides through Cation Vacancies for Enhanced Urea Electrolysis

Wen-Kai Han, Jin-Xin Wei, Kang Xiao, Ting Ouyang, Xinwen Peng, Shenlong Zhao,* Zhao-Qing Liu*

Angew. Chem. Int. Ed.

DOI: 10.1002/anie.202206050

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