NiO薄膜制备及电催化性能测试教学实验设计

赵增迎，童彬彬，张秀丽，刘煊赫

（中国地质大学（北京） 数理学院，北京 100083）

含尿素废水是地球上排放量最大的废液之一，它来自氮肥的生产、使用，以及人和动物的代谢[1]。废液中的尿素缓慢分解产生氨，对人类健康和环境产生不利影响。传统上采用尿素高温水解的方法来处理此类废液，操作和维护成本很高[2]。迫于环境和能源的双重压力，全球研究者对尿素废液的电催化处理给予了极大关注。在尿素废水电催化处理过程中，可将氨转化为氢气和氮气，具有很大的发展潜力[3]。为了解决尿素电催化所使用的贵金属及其氧化物的高成本和高反应电位等问题[4]，研究者采用了Ni和Ni(OH)2等镍基催化材料来替代贵金属[5-6]。目前，为了有效地降低电催化反应的过电位，并保持较高电催化阳极电流密度，开发新型的NiO电催化材料成为研究的重点。材料及化学等相关专业的高年级学生及研究生，迫切需要建立高校理论学习与专业技术实践的有效结合，教师及时将创新性研究成果应用于实验教学，并及时更新实验教学内容，才能使学生的创新性思维及实践能力得到有效发展，满足社会和经济发展对专业人才的需求。

1 实验原理

在尿素的NiO电极电催化反应中，NiO首先被氧化为NiOOH，尿素则由电极表面的NiOOH氧化分解为H2和N2。具体反应如下：

根据反应方程，尿素的电解发生在NiO层的三相界面上，因此NiO薄膜的结构在电极的电化学性能上起到至关重要的作用。纳米结构材料由于具有较大的表面积和易于控制的低维结构[7]，在解决电催化效率方面具有巨大的潜力。……