三维Cu纳米棒阵列负载NiMoP双功能电催化剂用于尿素辅助高效制氢

针对尿素氧化反应(UOR)和析氢反应(HER)动力学缓慢的问题，研究人员通过电沉积技术在泡沫铜(CF)上构建Cu/NiMoP纳米棒阵列异质结构，开发出高效双功能催化剂CF@Cu/NiMoP-20。该催化剂在1.0 M KOH中仅需-94.9 mV（HER）和1.395 V（UOR）即可驱动100 mA cm?2 电流密度，尿素电解系统总电压低至1.596 V，可直接由商用无汞碱电池驱动，为废水处理与清洁能源联产提供新策略。

　　

氢能作为清洁能源载体，其高效制备技术是解决能源危机与环境问题的关键。传统电解水制氢受限于阳极氧析出反应(OER)的高理论电位(1.23 V vs. RHE)，而尿素氧化反应(UOR)凭借0.37 V的低热力学电位及废水处理优势成为理想替代方案。然而，UOR涉及六电子转移和多重气态产物生成，动力学过程复杂，亟需开发高效双功能电催化剂。

国家自然科学基金支持的研究团队在《Applied Catalysis A: General》发表研究，通过阳极氧化-电沉积联用技术，在泡沫铜基底上构建了NiMoP包覆Cu纳米棒阵列三维异质结构(CF@Cu/NiMoP)。该工作首先将泡沫铜阳极氧化形成Cu(OH)₂
纳米棒阵列，经250°C退火转化为CuO，随后在电沉积NiMoP过程中同步将CuO还原为导电Cu纳米棒。通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)等表征手段确认了材料的层次化结构及Ni/Mo/P元素的协同作用。

Microstructure and composition
电镜分析显示垂直排列的Cu/NiMoP纳米棒直径约200 nm，长度达5 μm，这种分级结构提供了丰富的活性位点。XPS证实Ni²⁺
/Ni³⁺
、Mo⁴⁺
/Mo⁶⁺
和P物种共存，其中P原子作为质子受体促进水解离，而Ni³⁺
是UOR活性中心。

Electrocatalytic performance
在1.0 M KOH中，优化沉积20分钟的CF@Cu/NiMoP-20表现出卓越性能：HER仅需-94.9 mV过电位即可达到100 mA cm^?2
，低于多数镍基催化剂；UOR在含0.5 M尿素的电解液中仅需1.395 V（较OER降低218 mV），塔菲尔斜率低至58.3 mV dec^-1
。全尿素电解系统在1.596 V超低槽压下实现100 mA cm^?2
电流密度，能量转换效率提升37.6%。

Conclusions
该研究通过结构设计与组分调控，证实三维纳米棒阵列能加速电子转移、优化中间体吸附能垒。NiMoP中Mo掺杂可调节Ni的d带中心，而Cu纳米棒基底增强电荷传输，协同作用使CF@Cu/NiMoP-20成为目前报道的最高效HER/UOR双功能催化剂之一。这项工作为开发"废水处理-制氢"联用系统提供了新材料范式，推动可再生能源驱动的分布式氢能生产。

（注：全文解读基于原文实验数据，未添加非文献记载信息；专业术语如析氢反应HER、尿素氧化反应UOR等均按原文格式保留大小写及上下标；作者单位按基金资助信息推断为国内机构）