武汉纺织大学杨应奎教授团队在电化学精确重构助力尿素电氧化方向取得重要进展

背景：尿素氧化反应因其热力学电位低且可与废水处理结合，被视为替代传统析氧反应以实现节能制氢的理想途径，但现有金属有机框架（MOF）催化剂在碱性氧化环境下易发生不可逆结构转变，导致活性位点快速失活，限制了实际应用。研究目的：针对MOF催化剂在碱性电氧化环境中易失活的关键难题，研究团队旨在通过动态配体空位工程，设计一种高效、稳定的非贵金属电催化剂，以提升尿素电氧化性能。结论：该研究提出“异核空位-成键”动态自适应策略，利用Fe与Co在碱性高电位下的热力学与动力学差异，选择性诱导Co位点产生配体空位，同时Fe位点保留配体结构，从而增强金属-金属相互作用，形成稳定的二聚体构型。重构后的催化剂（DR-FeCoBMF）在尿素氧化反应中表现出优异性能，达到10 mA cm-2电流密度仅需1.222 V，比商业IrO2低188 mV，氮氧化物法拉第效率高达87.7%，在1 A cm-2条件下稳定运行100小时且性能无明显衰减，相比传统水电解节能13%。理论计算表明，该策略将C–N键裂解能从1.33 eV降至0.80 eV，并将速控步转变为电化学步骤，显著降低反应活化能，为高效耐用非贵金属电催化剂设计提供了新思路。