自支撑Cu-NiS@CFP电催化尿素氧化的协同效应：电子结构与形貌工程的协同优化

为解决尿素氧化反应(UOR)动力学效率低、电化学稳定性差及活性位点利用率不足等问题，研究人员通过一步溶剂热法合成自支撑Cu掺杂NiS纳米片催化剂(Cu-NiS@CFP)。该催化剂通过Cu诱导晶格畸变和缺陷形成，构建三维纳米片结构，实现1.38 V vs. RHE的低起始电位、32.4 mV?dec-1 的快速动力学及93.2%的电流效率，为尿素辅助电解制氢提供了高效非贵金属催化剂设计策略。

　　

全球环境与能源危机背景下，氢能因其高能量密度和零碳排放特性成为脱碳经济的关键载体。电解水制氢技术中，阳极的析氧反应(OER)因四电子转移机制导致高过电位，需依赖昂贵的IrO₂
或RuO₂
催化剂，严重制约其经济性。尿素氧化反应(UOR)因其0.37 V vs. RHE的热力学优势（较OER降低69.9%电位），既能降低制氢能耗，又可降解废水中的尿素污染物，实现能源生产与环境修复的双赢。然而，现有镍基硫化物催化剂存在导电性差、活性位点不明等问题，亟需通过电子与形貌协同调控提升性能。

山西某研究团队在《Journal of Industrial and Engineering Chemistry》发表研究，通过一步溶剂热法在碳纤维纸(CFP)上构建自支撑Cu掺杂NiS纳米片(Cu-NiS@CFP)，结合X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)和电化学测试等技术，系统探究了Cu掺杂对Ni₁₇
S₁₈
晶格结构、电子传递及UOR性能的影响。

关键方法

1. 溶剂热合成：以NiCl₂
   ·6H₂
   O和CuCl₂
   ·2H₂
   O为前驱体，硫脲为硫源，在乙醇/乙二醇混合溶剂中制备Cu-NiS@CFP；
2. 结构表征：通过XRD分析晶相，XPS验证Cu-Ni电子相互作用；
3. 电化学测试：采用三电极体系测定UOR活性、塔菲尔斜率及稳定性。

研究结果

Pretreatment of CFP
CFP经硫酸处理引入表面官能团，增强催化剂负载稳定性。

Characterization
XRD显示Cu掺杂导致Ni₁₇
S₁₈
晶格畸变和结晶度降低；XPS证实Cu提升Ni价态至Ni³⁺
，形成高活性位点；比表面积达17.89 m²
?g^?1
，介孔结构促进传质。

Conclusion
Cu-NiS@CFP展现出1.38 V vs. RHE的低起始电位、32.4 mV?dec^-1
的快速动力学及20小时运行后电流密度衰减<14%的稳定性。Cu-Ni电子协同效应与三维纳米片形貌的协同作用，为设计高效过渡金属硫化物催化剂提供了新思路。

意义
该研究通过原子掺杂与纳米结构设计，解决了UOR催化剂活性与稳定性的矛盾，推动尿素电解制氢技术向实用化迈进，同时为废水处理与能源转化耦合提供了创新方案。