光電化學(xué)尿素氧化反應(yīng)（PEC UOR）是一種有可能作為綠色制氫的半反應(yīng)，受到人們的廣泛關(guān)注，但是尿素分子穩(wěn)定的共振結(jié)構(gòu)導(dǎo)致C-N鍵的斷裂反應(yīng)動(dòng)力學(xué)過(guò)程非常遲緩。
有鑒于此，中國(guó)科學(xué)院化學(xué)所章宇超等利用吸附質(zhì)-吸附質(zhì)相互作用，在NiO修飾的n型硅光陽(yáng)極（NiO@Ni/n-Si）上實(shí)現(xiàn)了創(chuàng)紀(jì)錄的PEC UOR性能。
本文要點(diǎn)：
（1）
這項(xiàng)研究通過(guò)原位PEC光譜測(cè)量和理論計(jì)算模擬，定量的揭示 UOR反應(yīng)的能壘與光活化形成的表面高價(jià)態(tài)Ni-O物種（NiIV=O）覆蓋率之間的關(guān)系。
NiIV=O與吸附尿素分子之間的強(qiáng)吸引作用促進(jìn)了N-O耦合，并且削弱尿素的分子內(nèi)C-N鍵。因此，當(dāng)NiIV=O的表面覆蓋率從0增加到完全覆蓋，UOR 活化能從0.74 eV降至0.41 eV，并且UOR的催化反應(yīng)速率提高了兩個(gè)數(shù)量級(jí)。
（2）
此外，在10個(gè)太陽(yáng)光的強(qiáng)度能夠促進(jìn)NiIV=O物種的累積，并且在僅為1.08 VRHE的電位下實(shí)現(xiàn)了100 mA cm-2的工業(yè)級(jí)光電流密度，這比大多數(shù)目前相關(guān)報(bào)道的電化學(xué)體系所需電位低300 mV。這項(xiàng)工作為通過(guò)吸附質(zhì)-吸附質(zhì)相互作用實(shí)現(xiàn)高性能PEC尿素氧化提供前景。
參考文獻(xiàn)
Kun Dang, Lei Wu, Siqin Liu, Shenlong Zhao, Yuchao Zhang, Jincai Zhao, Harnessing Adsorbate-adsorbate Interaction to Activate C?N Bond for Exceptional Photoelectrochemical Urea Oxidation, Angew. Chem. Int. Ed. 2025
DOI: 10.1002/anie.202423457
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202423457
