综述：镍基电催化剂用于耦合小分子阳极氧化水电解制氢的研究进展

这篇综述系统探讨了镍基(Ni-Based)电催化剂在耦合小分子(如尿素、肼)氧化替代析氧反应(OER)中的创新应用，通过降低阳极过电位实现节能制氢(H2)，同时实现废弃物资源化，为清洁能源开发提供新策略。

　　

Abstract

氢能作为清洁可再生能源，是解决全球能源危机与环境挑战的关键。水电解制氢技术虽高效可持续，但阳极析氧反应(OER)的缓慢动力学和高过电位严重制约其发展。为此，研究者开发了耦合小分子氧化策略：通过尿素氧化反应(UOR)、肼氧化反应(HzOR)等替代OER，在镍基电催化剂作用下，既降低能耗又产生高附加值产物，实现"一石三鸟"的能源-环境协同效益。

Graphical Abstract

示意图显示镍基催化剂在双功能电极上的作用机制：阴极发生析氢反应(HER)，阳极则进行小分子氧化，形成电子转移闭环。典型案例包括将含氮废水中的尿素转化为N₂和CO₂，同时将反应过电位从传统OER的1.23V降至0.37V。

催化机制解析

镍的3d电子轨道特性使其对C-N键和N-N键断裂具有独特催化活性：

1. 1.

   Ni²⁺/Ni³⁺氧化还原对促进尿素分子脱氢

2. 2.

   NiOOH表面形成活性*COO中间体

3. 3.

   掺杂Fe、Co等金属可优化电子结构，提升导电性

应用场景拓展

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  废水处理：电催化降解含尿素废水，同步产氢

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  塑料升级：PET水解产物乙二醇作为阳极燃料

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  医疗废弃物：含肼药物残液的资源化处理

挑战与展望

当前镍基催化剂仍面临稳定性不足（连续运行<100h）和产物选择性控制难题。未来发展方向包括：构建核壳结构保护活性位点、开发阴离子交换膜(AEM)耦合系统、探索机器学习辅助催化剂设计。这种"以废制氢"策略为碳中和目标提供了创新技术路径。