激光直写石墨烯封装MoNi4 纳米颗粒自支撑电极：高效尿素氧化的电化学新策略

针对镍基催化剂在尿素氧化反应（UOR）中导电性差和Ni2+ /Ni3+ 氧化还原动力学缓慢的问题，研究人员通过激光直写技术构建了石墨烯封装Mo掺杂镍纳米颗粒的自支撑电极（NiMo/G/CC）。该电极通过Mo掺杂加速NiOOH活性相形成，结合石墨烯的高导电性，在1.38 V vs. RHE下实现100 mA cm?2 的高电流密度，显著提升UOR效率与稳定性，为清洁能源与废水处理提供新思路。

　　

研究背景与意义

氢能作为清洁能源载体，其大规模生产受限于传统水电解中阳极氧析出反应（OER）的高过电位和四电子转移的缓慢动力学。尿素氧化反应（UOR）因热力学电位低（E₀
= 0.37 V vs. SHE）且能同步处理含尿素废水，成为替代OER的理想选择。然而，主流镍基催化剂面临Ni³⁺
活性相生成困难、导电性差等瓶颈。南开大学团队通过创新性激光直写技术，设计出石墨烯封装MoNi₄
纳米颗粒的自支撑电极（NiMo@G/CC），为解决上述问题提供了突破性方案。

关键技术方法

研究采用激光诱导石墨烯（LIG）技术，在碳布（CC）上一步法同步实现基底石墨化与MoNi₄
纳米颗粒合成。通过XRD、XPS等表征确认Mo掺杂引起的Ni晶格畸变及石墨烯封装结构，并利用电化学测试评估UOR性能。

研究结果

物理表征：XRD显示Mo掺杂使Ni衍射峰向低角度偏移，证实Mo⁶⁺
对Ni电子结构的调控；XPS证实Ni³⁺
/Ni²⁺
比例提升，Mo⁶⁺
促进NiOOH活性相形成。
电化学性能：优化后的NiMo@G/CC在1.38 V vs. RHE下达到100 mA cm^?2
电流密度，起始电位低至1.1 V，且连续运行24小时性能无衰减。石墨烯封装不仅增强电荷传输，其疏水孔隙结构还促进气泡释放，缓解传质限制。

结论与意义

该研究通过激光直写技术实现材料合成与电极构建的集成创新，阐明Mo掺杂与石墨烯封装的协同机制：Mo⁶⁺
稳定Ni³⁺
活性位点，石墨烯提升导电性与稳定性。这种自支撑电极设计为高效UOR催化剂开发提供了新范式，兼具能源生产与环境修复双重价值，相关成果发表于《Fuel》。