第一作者：宋雨珂通讯作者：谢文富，邵明飞通讯单位：北京化工大学化学学院，化工资源有效利用国家重点实验室论文DOI：10./j.apcatb..图文摘要成果简介近日，北京化工大学邵明飞课题组在AppliedCatalysisB:Environmental上发表了题为“BifunctionalIntegratedElectrodeforHigh-efficientHydrogenProductionCoupledWith5-HydroxymethylfurfuralOxidation”的研究论文(DOI:10./j.apcatb..)，通过离子刻蚀和磷化的方法构筑了一种双功能的CoNiP一体化电极(CoNiP-NIE)，同时用于HMFOR和HER。CoNiP-NIE在1.50Vvs.RHE下表现出87.2%的高FEFDCA，并且其FEFDCA在1.40~1.70Vvs.RHE的宽电势区间内维持在82%以上，优于大多数报道的催化剂；-10mAcm-2电流密度下HER的过电势为.56mV。该EHCO体系由单晶Si太阳能电池板驱动时，可实现0.8%的太阳能-FDCA和5.5%的太阳能-H2转化效率。原位拉曼和阻抗测试表明，CoNiP经历了首先被氧化为金属羟基氧化物和随后被HMF原位还原的动态变化过程。理论计算证实了CoNiP具有增强的导电性和适当的FDCA分子脱附能，从而表现出优异的HMFOR性能。全文速览电解水制氢是获取绿氢的主要方式，但这一过程受到阳极析氧反应(OER)的诸多限制。选择热力学上更有利的有机物氧化反应替代OER，不仅可以提高析氢效率，还可以制备高附加值的化学品。本工作设计了一种双功能的CoNiP一体化电极(CoNiP-NIE)，用于高效电催化电解水制氢耦合5-羟甲基糠醛(HMF)氧化。研究结果表明，所制备的CoNiP一体化电极具有优异的电催化HMF氧化和析氢反应(HER)双功能催化活性。以此为电极，构筑的电解水制氢耦合氧化(EHCO)系统的析氢速率可达41.2Lh-1m-2，是传统电解水(HER+OER)系统的2.6倍。此外，还可以在阳极得到高附加值2,5-呋喃二甲酸(FDCA,85.5gh-1m-2)，进一步降低了制氢成本。引言电解水是一种极具前景、高效的获得高纯氢的技术，但动力学迟缓的阳极析氧反应(OER)和低附加值的阳极产物氧气严重制约了该技术的广泛应用。有机物氧化耦合制氢体系为提升能量转化效率，获得高附加值产品提供了一条可行的途径。然而，目前针对5-羟甲基糠醛氧化(HMFOR)应用较广泛的电催化剂往往在高电压下(1.50Vvs.RHE)的法拉第效率(FE)较低；此外，其通常无法兼顾阴极析氢反应(HER)，导致实际应用中反应系统设计的复杂性增加。因此，开发高效的双功能的电催化剂迫在眉睫。本工作通过离子刻蚀的方法成功构建了双功能的CoNiP一体化电极(CoNiP-NIE)，同时实现了高效的电催化HMFOR和HER性能。图文导读

合成及表征

Fig.1.(a)SchematicillustrationofbifunctionalCoNiP-NIEforHMFORandHER.(b)SEMimagesofCoNiP-NIE.(c)TEMandhigh-resolutionTEM(HRTEM,inset)imagesofCoNiPnanoarray.(d)XRDpatternsofZIF-67,CoNi-LDH-NIEandCoNiP-NIE.High-resolutionXPSspectraof(e)Co2p,(f)Ni2pand(g)P2pforCoNiP-NIEandCoNi-LDH-NIE.(h)CoK-edgeEXAFSspectraforCoNiP-NIE,CoNi-LDH-NIE,CofoilandCoO.(i)NiK-edgeEXAFSspectraforCoNiP-NIE,CoNi-LDH-NIE,NifoilandNiO.Copyright,ElsevierInc.

通过离子刻蚀的方法成功构建了双功能的CoNiP一体化电极(CoNiP-NIE)，CoNiP-NIE具有均一的纳米阵列形貌。

性能测试

Fig.2.(a)LSVcurvesofCoNiP-NIEandCoNi-LDH-NIEin1MKOHinthepresenceandabsenceof10mMHMF.(b)FEFDCAandyieldofCoNiP-NIEandCoNi-LDH-NIEatdifferentpotentials.(c)ComparisonoftheHMFORperformanceofthisworkagainstpreviouslyreportedtransitionmetalcatalystsathighpotentials.(d)Eightsuccessivecyclesat1.50Vvs.RHEofCoNiP-NIEduringHMFOR.(e)LSVcurvesand(f)overpotentialsat-10and-mAcm-2ofCoNiP-NIEandCoNi-LDH-NIEin1MKOHforHER.Copyright,ElsevierInc.

CoNiP-NIE在碱性电解液中表现出优异的HMFOR性能，20mAcm-2电流密度下电位低至1.29Vvs.RHE，1.50Vvs.RHE下，FDCA的FE为87.2%，并在1.40~1.70Vvs.RHE的宽电势区间内维持在82%以上，能够稳定运行8个循环。此外，CoNiP-NIE表现出高的HER性能，-10和-mAcm-2电流密度下过电位分别为.56和.76mV。

Fig.3.(a)LSVcurvesofCoNiP-NIEandCoNi-LDH-NIEforEHCOandwatersplitting,(b)FEFDCAandyieldatdifferentpotentialsofCoNiP-NIEandCoNi-LDH-NIEforEHCOandwatersplitting.(c)H2evolutionrateandFDCAyieldrateofCoNiP-NIEforEHCOsystemandwatersplittingsystem(theinsetshowsHPLCchromatogramanddigitalphotographofFDCApowders).(d)I-Vcurveof



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