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Applied Catalysis B: Environmental
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Enhancing hydrogen production capability from urine-containing sewage through optimization of urea oxidation pathways
Zhang Y.; Lei Y.; Yan Y.; Cai W.; Huang J.; Lai Y.; Lin Z.
Published：2024-09-15
DOI：10.1016/j.apcatb.2024.124064
研究背景
随着社会的发展，环境保护和清洁能源变得日益重要。然而，目前存在着一些问题，如废水处理和可持续能源生产之间的结合仍然面临挑战。如何高效地利用废水中的尿素来生产氢气是一个备受关注的话题。
研究内容
最新研究发现，在《Applied Catalysis B: Environmental》期刊上发表了一篇题为《Enhancing hydrogen production capability from urine-containing sewage through optimization of urea oxidation pathways》的论文。研究围绕着电化学尿素氧化反应（UOR）展开，这被认为是一种可持续生产氢气和再利用尿素废水的有效途径。
研究团队通过将铁（Fe）原子引入Ni<sub>3</sub>S<sub>2</sub>@NiSe<sub>2</sub>异质结构中，成功提高了UOR的性能。这种新型材料被命名为Fe-Ni<sub>3</sub>S<sub>2</sub>@NiSe<sub>2</sub>，在UOR过程中表现出卓越的选择性和电催化活性。通过原位拉曼技术的确认，研究人员发现Fe-Ni<sub>3</sub>S<sub>2</sub>@NiSe<sub>2</sub>在UOR过程中重构为Fe-NiOOH物种。
在模拟尿素废水中，利用Fe-Ni<sub>3</sub>S<sub>2</sub>@NiSe<sub>2</sub>作为单室电解池的阴极和阳极，氢气产率达到588.4 μmol h<sup>−1</sup>；而在实际人类尿液中，氢气产率为432.1 μmol h<sup>−1</sup>。值得注意的是，在两种情况下均未检测到氧气产物，且氢气产率分别比传统水分解高出5.8倍和4.3倍。此外，原位红外光谱研究表明，UOR过程涉及C-N键的断裂和CO<sub>2</sub>的生成。
研究意义
这项研究的创新点在于通过引入铁元素，促进了*CONH<sub>2</sub>NH中间体的脱氢，加强了d-p杂化，削弱了O-H键，从而降低了UOR的能量障碍。该策略为通过UOR从废水中高效生产氢气提供了希望，对废水处理和清洁能源生成具有潜在意义。
这项研究为我们展示了一种创新的方法，可以将废水转化为清洁能源，为环境保护和可持续发展提供了新的思路。通过这一研究，我们或许能够更好地处理废水，同时实现清洁能源的生产，为未来的可持续发展贡献力量。
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