氫氣(H2)作為一種無碳、高能量密度的燃料，一直被認為是傳統礦物燃料的最重要替代品之一。近年來，整體水分解(OWS)技術得到了很好的發展，使得H2的可持續生產成為可能。盡管如此，由于緩慢的析氧放反應(OER)，OWS通常需要高于1.6 V的電位，并且OER所消耗的能量約占OWS總能量的95%，導致電催化析H2效率低下。為了進一步提高成本效益，人們迫切希望用其他低能耗的陽極反應來取代能耗較高的OER反應。
基于此，蘇州大學馮萊和河北工業大學金朋等采用NiM-LDHs(M=Mn，Fe，LDH：層狀雙氫氧化物)作為模型催化劑，催化氧化甲醇(MOR)以實現低能耗析氫。
實驗結果表明，以NiMn LDH作為陽極催化劑和以Pt/C作為陰極催化劑構建的HER/MOR電解雙電極電解槽，在10/100 mA cm?2電流密度下的電位為1.33/1.43 V，遠低于商業化的Pt/C//RuO2電解槽(1.40/1.49 V)。Pt/C//NiMn在10和100 mA cm?2電流密度下連續運行20個小時后沒有發生明顯的電壓上升，其甲酸鹽法拉第效率接近100%并保持恒定，并且NiMn LDH陽極催化劑的形貌和組分沒有發生明顯變化，表明NiMn LDH具有優異的催化MOR穩定性。
原位拉曼光譜、H/D KIE實驗和密度泛函理論(DFT)計算綜合研究表明，MOR的循環途徑是通過預催化氧化過程進行形成NiIII-OOH物種，為MOR提供組合的活性位點。接下來的過程涉及一系列的甲醇脫氫，同時NiIII-OOH還原為NiII-(OH)2；Ni離子在NiII和NiIII之間穿梭，而摻雜劑M(M=Mn，Fe)始終保持為MIII，這不僅影響NiII-(OH)2/NiIII-OOH的氧化還原轉變，而且影響吸附甲醇的催化脫氫，從而決定催化劑的活性。
更重要的是，研究人員提出關鍵物種NiIII-OOH提供兩個組合的活性位點(即NiIII和附近的親電氧)以促進MOR(定義為雙功能機制)，這很好地解釋了MOR期間甲酸鹽的高選擇性形成和NiIII-OOH的瞬時存在。綜上，該項工作清楚地揭示了鎳基氫氧化物的MOR機制，這種機制可以擴展到包括各種伯醇和仲醇的電氧化，并且MOR雙功能機理為醇類電氧化催化劑的設計提供了理論指導。
Unraveling a Bifunctional Mechanism for Methanol-to-Formate Electro-oxidation on Nickel-based Hydroxides. Nature Communications, 2023. DOI: 10.1038/s41467-023-37441-9
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