DOI: 10.1016/j.ijhydene.2021.01.138

设计和合成一种在碱性溶液中提高尿素电氧化效率和稳定性的无贵金属电催化剂仍然是电催化领域的一个重要挑战。在这项工作中，通过静电纺丝技术制备了硫化镍纳米颗粒修饰碳纳米纤维[NiS@CNFs]，随后在900℃的氩气气氛中加热2h。通过X射线衍射（XRD）、场发射扫描电子显微镜（FE-SEM）、透射电子显微镜（TEM）、能量色散X射线分析（EDX）、拉曼光谱和N2吸附-解吸等温线对所形成的纳米材料进行了广泛的表征。利用FE-SEM分析技术可以清楚地检测到缠绕在一起的CNFs导电网络，其直径在0.6-1μm范围内变化。掺入NiS纳米物质后，其孔隙率提高，从而导致比表面积增加，电催化氧化尿素分子的活性增加。孔径分布曲线显示，与CNFs相比，NiS@CNFs纳米复合材料的平均孔径降低了2.53倍。利用循环伏安法、计时电流法和电化学阻抗谱法研究了NiS@CNFs纳米材料电催化尿素氧化的电活性。当尿素分子以更高的浓度加入KOH溶液中时，这种纳米催化剂的活性增加。电荷转移过程中的电阻值降低，从而证实了在NiS@CNFs表面进行反应的可行性。此外，其绘制的计时电流图在长期运行过程中表现出稳定的性能，较低的催化衰减。因此，本研究为制备适合各种电催化用途的电催化剂提供了良好的指导。

图1.（A）NiS@CNFs纳米粉的XRD图，（B，C）FE-SEM图像和（D）拉曼光谱。（D）中显示了CNFs的可比结果。

图2.（A）单根纳米纤维的STEM图像和（B，B'）NiS@CNFs纳米材料的TEM图像[插图显示某个位置的放大，用于估计晶面间距]。通过EDX分析研究获取了（C）镍，（D）硫和（E）碳的元素映射图。

图3.（A）CNFs和NiS@CNFs纳米材料的N2吸附-解吸等温线，（B）1/[Q（P0/P-1）]随相对压力（P/P0）的变化以及（C）孔径分布曲线。

图4.NiS@CNFs纳米材料在1.0M KOH溶液中以10mV/s循环20次的重复扫描。

图5.（A）通过循环伏安法研究在1、5、10、25、50、75、100、150、200、250和300mV/s的不同扫描速率下NiS@CNFs纳米材料在1.0M KOH溶液中的电化学行为。E与v[B]，I与v[C]和I与v0.5[D]的关系。

图6.加入1.5M尿素后，NiS@CNFs纳米材料在不同浓度的KOH溶液中于10mV/s下的循环伏安图。

图7.在10mV/s下，当引入浓度增加的尿素分子时，NiS@CNFs纳米材料在（A）1.0，（B）2.0，（C）4.0和（D）6.0M KOH溶液中的循环伏安图。在所有研究的循环伏安图中，实线代表前向扫描，而后向扫描以虚线显示。在（E）中绘制了尿素在不同KOH溶液中的氧化峰电流密度与浓度的关系曲线。

图8.当存在1.5M尿素时，在（A）1.0，（B）2.0，（C）4.0和（D）6.0M KOH溶液中，NiS@CNFs纳米材料上尿素氧化反应的线性扫描伏安图，扫描速率值为5、10、30、50、75、100、200、300和400mV/s。（E）中显示了I与v0.5的关系，（F）中显示了Iv-0.5与v的关系。

图9.当尿素浓度不同时，NiS@CNFs纳米材料在（A）1.0，（B）4.0和（C）6.0M KOH溶液中的奈奎斯特图，频率范围为10000-0.1Hz，电位值为550mV。（D）中显示了拟合过程中使用的等效电路。（E）中研究了在含1.5M尿素的1.0M KOH溶液中改变所选电位值的影响。

图10.添加1.5M尿素前后，当电位值为550mV时，NiS@CNFs纳米材料在不同浓度KOH溶液中1800s的计时电流图。