乙醇氧化反应(EOR)是乙醇燃料电池等清洁能源电化学系统中的一个重要反应，也是实现低能耗制氢过程中替代OER的阳极反应。
目前，Pt基催化剂是实现高效EOR的通用材料，但是Pt基催化剂成本较高，以及反应过程中中间体中毒问题严重限制了其实际应用。金属Ni由于价格低廉、无毒副作用、能够高选择性地将醇氧化为相应的羧酸等特点，是最有希望替代贵金属的催化剂。然而，对于Ni基材料来说，因为碱性EOR过程还涉及氢氧根离子(OH−)，一个很大的挑战就是EOR的效率通常受到阳极OER的影响。近日，威斯康星大学麦迪逊分校王旭东课题组合成了一系列具有不同形貌和表面配体的超薄二维Ni(OH)2纳米片(NSs)，通过调节醇分子和OH−之间的表面吸附速率，显著提高了超薄Ni(OH)2 NSs的EOR效率。具体而言，研究人员采用离子层外延(ILE)法，利用两亲性十八胺(ODAM)配体对超薄Ni(OH)2纳米片进行表面修饰，化学吸附在Ni(OH)2 NSs表面的配体可以在催化剂-电解质界面形成亲醇层，导致催化剂表面更有利于醇分子的选择性吸附，有助于EOR和OER的竞争，从而发生更有效的醇氧化反应。实验结果表明，所制备的Ni(OH)2 NSs均表现出高效的EOR催化性能，其中分散的Ni(OH)2纳米片活性提高幅度最大。在10 mA cm-2电流密度下，催化剂的EOR起始电位为1.4 VRHE，过电位为230 mV；当电压为1.78 V(电流密度为107.7 mA cm-2)时，获得了最佳的电化学乙醇氧化活性。此外，研究人员还发现，氯仿可以去除Ni(OH)2 NSs上的ODAMads配体，并Q且在1.94 V下的电流密度增加到163.8 mA cm-2，表明EOR活性显著提升。总的来说，这项研究为通过二维几何结构和表面配体修饰开发高效和低成本的电催化剂提供了一个有效策略，可以大大提高醇的氧化反应和其他有机电催化反应的效率。Surface Ligand Modification on Ultrathin Ni(OH)2 Nanosheets Enabling Enhanced Alkaline Ethanol Oxidation Kinetics. ACS Nano, 2023. DOI: 10.1021/acsnano.3c05014
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