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當今社會，人類的社會行為產生了越來越多的含有尿素的廢水，含有尿素的廢水不經處理就排放到自然界會導致水體富營養(yǎng)化，對環(huán)境造成破壞。與傳統(tǒng)的解決方案相比，節(jié)能電解尿素技術所需的成本更低，解決問題效率最高是達到環(huán)保目的的有效途徑。電解尿素的關鍵在于電極材料，常見的尿素電解電極材料有鉑，銠，釕等，但它們較低的金屬利用率和較差的穩(wěn)定性限制了應用于尿素電氧化，更重要的是，較高的重金屬含量會導致金屬泄露從而造成環(huán)境的二次污染。

基于上述挑戰(zhàn)，安徽大學材料科學與工程學院畢紅教授課題組首次采用金屬鎳摻雜碳點（Ni-CDs）作為尿素電氧化的催化劑。穩(wěn)定性好、導電性好的碳點（CDs）作為催化劑載體，其豐富的官能團有利于鎳離子的絡合，通過后修飾（圖1）成功制備了極低鎳金屬摻雜的Ni-CDs，鎳原子比僅占1.1%。此外，碳點固有的化學穩(wěn)定性，以及碳點上羧基與鎳原子之間強的結合親和性，使得Ni-CDs在尿素電氧化過程中（圖2）具有優(yōu)異的催化活性（在1.38 V的電壓下，達到100 mA cm^-2）和穩(wěn)定性（23小時耐久性測試保持在96%），當材料處理實際污水樣本時，也有著優(yōu)異的尿素電氧化性能。這項工作強調了開發(fā)碳基納米復合材料作為尿素電解高效催化劑的有效性，從而促進低成本和節(jié)能的催化過程。

圖1. Ni-CDs的合成示意圖。b）Ni-CDs的XPS光譜。c）CDs和d）Ni-CDs的高分辨XPS O 1s譜圖。e）Ni-CDs的高分辨XPS Ni 2p光譜。f）Ni-CDs的動態(tài)接觸角圖。

圖2. a） Ni-CDs在不同電解質下的LSV曲線。b）CDs和Ni-CDs在1.0 M KOH+0.33 M Urea電解質中的LSV曲線。c），d) Ni-CDs的電化學活性面積圖。e）Ni-CDs的耐久性測試圖。f）Ni-CDs電解尿素示意圖。

相關成果以《Nickel-doped carbon dots as an efficient and stable electrocatalyst for urea oxidation》為題發(fā)表在期刊Small上（Small. 2022，DOI: 10.1002/smll.202205234），論文第一作者為安徽大學碩士研究生朱志偉，通訊作者為安徽大學材料科學與工程學院畢紅教授和陳平教授共同合作，該工作得到國家自然科學面上基金的資助，同時感謝法國圖盧茲大學葛康康博士、安徽大學材料科學與工程學院李子健老師在材料結構表征和解析上的幫助和支持。

參考資料：http://www.ahu.edu.cn/2022/1103/c15059a296504/page.htm