近日，团队成员邓瑞在国际知名期刊《Chinese Journal of Structural Chemistry》发表题为“Cycad-leaf-like crystalline-amorphous heterostructures for efficient urea oxidation-assisted water splitting”的研究论文（DOI: 10.1016/j.cjsc.2024.100290）。

用热力学电位较低的尿素氧化反应（UOR）辅助电解水制氢，不仅可以节约能源，还能减轻尿素废水造成的环境污染。然而，为了简化电解槽装置，构建高效的UOR/HER双功能催化剂仍是一项挑战。对于UOR反应来说，镍/钴基材料通常被认为是高效的催化剂，因为其在电氧化过程中生成的NiOOH和CoOOH被认为是UOR的活性物种。通过界面工程，将晶态的镍/钴基材料与非晶态的钼氧化物耦合，通过调节Ni和Co的电子结构来促进活性物种的生成，有望在提高电化学稳定性的同时，改善UOR和HER活性。此外，催化剂的活性可通过形貌调控进一步提高。

研究团队结合了界面工程及形貌调控两种策略，通过简单的钼盐刻蚀，将二维镍钴合金纳米片转化成了三维具有独特苏铁叶状结构的NiCoO-MoO_x/NC催化剂，这为高效传质提供了充足的空间，并使其具有良好的亲水性。同时，晶态镍钴氧化物和非晶态氧化钼之间的协同效应也有利于催化剂实现高效的UOR和HER，具体来说，分别只需1.28V和-45 mV电位即可达到±10 mA cm^-2。值得注意的是，其UOR反应动力学显著增强。进一步的电化学测试和原位表征表明，经MoO_x修饰后的镍钴氧化物能够在UOR过程中快速生成NiOOH和CoOOH活性物种。这将加速尿素分子的协同电催化氧化，尿素分子将在Ni位点上进行PCET过程，导致其连续脱氢。随后，Co³⁺将辅助*CO中间体的氧化，从而防止Ni位点受到CO₂的毒害，使反应持续进行。这项工作将加深对催化剂在UOR过程中的结构-组成-活性构效关系的理解。

该研究成果以广西大学化学化工学院为通讯单位，尹诗斌教授和Panagiotis Tsiakaras教授为共同通讯作者，2021级硕士研究生邓瑞为论文第一作者。该工作得到国家自然科学基金和广西自然科学基金重点项目的资助和支持。

图1.（a）NiCoO-MoO_x/NC合成示意图；（b, e）NF，（c, f）NC和（d, e）NiCoO-MoO_x/NC的SEM图像和动态润湿过程。

图2.（a-d）NiCoO-MoO_x/NC的TEM和HRTEM图像；（e-i）HAADF-STEM图像和EDS元素图谱。

图3.（a）NiCoO-MoO_x/NC的UOR和OER LSV曲线；（b）1.0 M KOH + 0.5 M尿素溶液中UOR LSV曲线；（c）不同电流密度下的UOR电位比较；（d）塔菲尔斜率图；（e）0.30 V时的C_dl；（f）NiCoO-MoO_x/NC和NiCoO/NC对CO中毒实验的响应；（g）UOR的CP曲线。

图4. NiCoO-MoO_x/NC在1.0 M KOH溶液中（a, b）不含 0.5 M尿素溶液和（d, e）含0.5 M尿素溶液的操作性EIS和原位拉曼光谱的Bode图；根据Ni 2p_3/2和Co 2p_3/2的光谱计算的UOR和OER后（c）Ni和（f）Co物种的相对含量；（g）NiCoO-MoO_x/NC的UOR机理示意图。

图5.（a）1.0 M KOH +0.5 M尿素中的HER LSV曲线；（b）Tafel斜率；（c）Nyquist图；（d）HER CP曲线；（e）两电极系统中NiCoO-MoO_x/NC在1.0 M KOH溶液中的LSV曲线比较，有无添加0. 5 M尿素溶液；（f）不同样品的尿素辅助水电解LSV曲线；（g）不同样品的综合比较；（h）尿素辅助水电解双电极系统的产氢量和法拉第效率。