【DFT+实验】吴义强/卿彦AFM：空间受限拓扑转换策略立大功，构建Ni2P-Co2P异质结构实现高效尿素电解
【DFT+实验】吴义强/卿彦AFM：空间受限拓扑转换策略立大功，构建Ni2P-Co2P异质结构实现高效尿素电解
jisuancailiao
计算材料学科研论坛，欢迎新手、专家、大师以及业余爱好者。
VASP吸附与催化计算培训：HER、OER/ORR、NRR、CO2RR、表面性质，吸附能、差分电荷密度等
VASP零基础入门培训：晶体与二维材料的结构、弹性、电子、光学、磁性、吸 附、催化性质
VASP计算10大专题课程：晶体、二维材料、催化、电池、钙钛矿、单原子、吸附、半导体、缺陷计算等！
电化学尿素氧化反应(UOR)为富尿素废水的环境友善处理提供了一种有前途的解决方案。因为UOR在热力学上比阳极析氧反应(OER)更有利，UOR能够同时去除尿素和辅助制氢(通过尿素氧化辅助水分解)或发电(通过直接尿素燃料电池，DUFC)。然而，由于复杂的6电子转移过程，导致UOR的动力学缓慢，因此需要设计和开发高性能的催化剂来提高反应速率。
近日， 中南林业科技大学吴义强 和 卿彦 等通过磷化空间受限溶剂热法合成相互连接的Ni-Co LDH/碳(Ni-Co LDH/C)前体，成功制备出超细Ni 2 P-Co 2 P异质结构(Ni 2 P-Co 2 P/C)。
在合成过程中，使用含氮配体作为碳源是这种结构空间受限生长的关键，其提供了一个局部空间将纳米Ni-Co物种限制在碳框架中；这种空间受限的生长将使这两相之间的耦合效应更强，同时暴露更多的活性位点，以促进UOR过程。
实验结果表明，Ni 2 P-Co 2 P/C异质结构比大多数最先进的催化剂具有优异的UOR性能，它只需要1.27 V的超低电位就可以获得10 mA cm -2 的电流密度和28.71 mV dec −1 的Tafel斜率，并且在高电流密度下显示出超过200小时的优异耐久性，在实际应用中显示出巨大的潜力。
基于结构表征和实验结果，对Ni 2 P-Co 2 P/C异质结构电催化尿素氧化机理的基本理解如下：在电解过程中Ni 2 P-Co 2 P/C异质结构表面进行不可逆重构以产生NiOOH-CoOOH；随后，尿素分子的初始吸附趋向于发生在NiOOH-CoOOH/C的Co位点；最后，NiOOH-CoOOH/C的Ni位点促进了CO 2 的解吸。
此外，理论计算表明，NiOOH-CoOOH/C中Co位点的速率控制步骤(RDS)涉及CO(NH 2 ) 2 *脱氢转化为CONH 2 NH*，热力学势垒为1.01 eV；另一方面，NiOOH-CoOOH/C和NiOOH/C中Ni的RDS涉及CONH 2 NH *脱氢成CONH 2 N*。结果表明，Co中心的热力学势低于Ni中心，有利于尿素的分解。并且，Co的引入导致了Ni中心热力学势垒的降低，表明Co的存在增强了UOR活性。
Ultrafine Homologous Ni 2 P–Co 2 P Heterostructures via Space-Confined Topological Transformation for Superior Urea Electrolysis. Advanced Functional Materials, 2023. DOI: 10.1002/adfm.202303300
点击阅读原文，报名计算培训！