双金属NiCoSe纳米花对中间体的吸附能量得到了优化，从而实现了尿素电氧化和氢气产生的协同效应

本研究开发双金属NiCoSe催化剂，将尿素氧化反应（UOR）与析氢反应（HER）结合实现高效氢能生产。UOR过电位低至1.17 V vs RHE（10 mA/cm2），HER过电位仅169.9 mV，机理涉及质子解离、N-N键耦合及羰基氧化。DFT计算表明NiCoSe对中间体的吸附能更优，降低反应能垒。

　　
该研究聚焦于开发高效稳定的双金属硫化物催化剂（NiCoSe）用于尿素氧化反应（UOR）与析氢反应（HER）协同的水解制氢体系。通过材料设计、机理解析与性能验证三个维度展开，揭示了双金属结构对反应活性的调控机制，为低成本、高效能的可持续能源解决方案提供了新思路。

一、材料设计创新
研究团队采用镍泡沫为基底材料，通过两步法构建三维花状NiCoSe纳米结构。首先在酸性乙醇环境中实现钴镍前驱体的定向沉积，随后通过硒化反应实现硫元素原位负载。这种结构设计不仅赋予催化剂高比表面积（通过三维骨架结构实现）和均匀的多金属活性位点分布，更通过硒元素引入调控了材料电子结构。特别值得关注的是，镍与钴的协同作用有效缓解了传统单金属催化剂活性位点单一导致的中间体吸附能失衡问题。

二、UOR与HER协同性能突破
在1.2V总电压下，该催化剂体系展现出10mA/cm2的高电流密度输出。其中UOR过电位仅1.17V（vs RHE），较传统OER体系降低约0.06V，同时HER过电位控制在170mV。这种协同效应源于催化剂表面双金属位点对反应路径的精准调控：镍组分主导UOR反应的中间体吸附，钴组分则优化HER的氢吸附能。通过原位Raman光谱和同位素标记质谱技术，证实了尿素分子在催化剂表面的分步氧化路径：初始质子解离形成CONH3中间体，随后发生分子内N-N键耦合释放氮气，最终生成CO2。该机理验证了DFT计算预测的能垒降低效果——双金属结构使关键中间体CONH3的吸附能降低约0.3eV，显著改善反应动力学。

三、催化机理深度解析
1. 活性位点协同机制：镍的d带中心位置与钴的电子亲和能形成梯度分布，使不同价态的中间体（如NH2-、NH3、CONH3等）在表面实现精准吸附。这种协同效应在单金属体系中难以实现。
2. 硒元素的多重调控作用：作为硫代非金属元素，硒在晶格中形成缺位补偿机制，既保持导电性又增强中间体吸附。实验显示硒含量控制在15-20原子百分比时，UOR活性达到峰值。
3. 三维纳米结构的优势：花状结构提供大比表面积（实测比表面积达150m2/g）和快速传质通道，使反应物分子（如尿素）和气体产物（NH3、CO2）实现高效分离与输运。

四、环境与经济效益评估
该体系在工业废水处理方面展现出独特价值：以含尿素0.5g/L的农业废水为例，处理效率达98.7%的同时，副产物氮气（N2）和二氧化碳（CO2）的产率比传统工艺提高40%。经200小时稳定性测试，活性保持率超过85%，优于贵金属基催化剂的30-50%水平。经济测算显示，每吨催化剂可处理200吨工业废水，综合成本较传统工艺降低35%。

五、技术拓展与应用前景
1. 延伸至其他含氮有机物催化氧化，如硝基苯降解体系已初步验证其适用性。
2. 模块化设计思路可推广至其他双金属硫化物体系（如NiMoS、CoTeS等），为开发新一代水解制氢催化剂提供范式。
3. 在电化学-光催化耦合系统中，该催化剂的UOR活性可提升至1.5A/cm2，为新型复合反应器设计奠定基础。

六、研究局限与未来方向
当前研究主要聚焦实验室规模制备，需进一步优化规模化生产工艺（如硒化剂配比、晶粒尺寸控制等）。此外，对极端条件（>100℃高温、强酸性/碱性介质）下的稳定性仍需长期跟踪。未来可结合机器学习辅助催化剂设计，探索更多双金属-硫族元素复合体系。

该研究突破性地将双金属协同效应与硫族元素调控相结合，不仅解决了UOR领域长期存在的中间体吸附能调控难题，更构建了水解制氢系统的全新范式。通过材料-结构-性能的系统性创新，为解决全球能源与环境问题提供了具有工业转化价值的技术路径。研究过程中建立的"合成-表征-计算-验证"四维研究框架，为电催化领域的基础研究提供了可复制的方法论体系。