近日，团队成员陆佳丽同学在国际知名期刊《Journal of Colloid and Interface Science》发表题为“Tailoring competitive adsorption sites of hydroxide ion to enhance urea oxidation-assisted hydrogen production”的研究论文（DOI: 10.1016/j.jcis.2024.04.034）。
能源短缺和环境污染被视为影响社会可持续发展的两大难题。尿素电解技术不仅可以实现富尿素废水的净化，而且可以降低常规水电解制氢的能耗，为解决环境污染和能源转换问题提供了一种崭新的途径。然而，受限于活性位点的有限性，尿素氧化反应（UOR）的反应底物OH−和尿素分子之间存在显著的竞争性吸附。当OH−吸附过强时会导致竞争性析氧反应（OER）的发生；当OH−吸附不足时，难以产生足够的活性相NiOOH。因此，优化反应物OH−和尿素的吸附是实现高效尿素氧化的前提。
基于此，研究团队采用快速热解和共掺杂策略，成功地构建了具有晶格应变的富缺陷镍钴合金超薄纳米片（PMo-NiCo/NF），并深入研究了通过定制了OH−的吸附位点调控UOR/OER的竞争行为。物性表征和电化学测试结果表明，压缩应变使镍钴的d带中心下移，抑制了OH−的吸附，从而有效地避免了OER的发生。同时，由于亲氧P/Mo定制了特定的OH−吸附位点，进一步释放了镍钴活性位点，确保了尿素分子在镍钴位点上的富集吸附和活性相NiOOH的形成，从而提高了UOR效率。这项工作通过调节反应物的吸附实现了出色的UOR活性和选择性，为实现高效UOR的尿素辅助水分解制氢提供了新的思路。
该研究成果以广西大学化学化工学院为第一通讯单位，尹诗斌教授和Panagiotis Tsiakaras教授为共同通讯作者，2021级硕士研究生陆佳丽为第一作者。该工作得到国家自然科学基金、广西自然科学基金重点项目和广西研究生教育创新项目的资助。
图1. PMo-NiCo/NF催化剂的（a）的合成示意图；（b）SEM图；（c-e, g）TEM/HRTEM图像；（f）响应于（e）的伪彩色图像；（g, i）响应于（e, h）的FFT图像；（j）EDS元素分析。
图2.（a, b）缺陷示意图；（c, g）堆积断层（SF）和孪晶边界（TB）的TEM图像；（d, e, h, i）采用GPA算法通过TEM绘制的沿εxx和εxy的相应压缩应变图；（f, j）图（d, h）中应变曲线的平均图。
图3.（a）LSV曲线；（b）Tafel斜率；（c）Nyquist图；（d）10 mV s-1扫描速率下的CV曲线；（e）Zeta 电位图；（f）OCP；（g）PMo-NiCo/NF的原位拉曼；（h）1.0 M KOH和0.5 M尿素中的CV曲线；（i）CP曲线。