基于MOF重构不对称Ce─O─Ni位点促进尿素氧化反应及锌-尿素电池应用研究

来自前沿材料与能源催化领域的研究人员通过溶剂热配位与离子交换策略，在泡沫镍上构建了独特饼干状Ce掺杂Ni-MOF自支撑电极。该研究针对尿素氧化反应（UOR）动力学缓慢的难题，成功实现了仅需1.408 VRHE即可驱动100 mA cm?2的高效催化活性，并应用于时间解耦锌-尿素电池系统，获得2.32 mW cm?2的峰值功率密度及副产氢气。研究通过Operando技术揭示不对称Ce─O─Ni位点可诱导Ce-γ-NiOOH低温重构，并通过DFT计算证实其d带中心调控机制对反应中间体的稳定作用，为可再生能源存储提供了新材料设计与机理创新。

　　

通过溶剂热配位与离子交换技术，研究人员在泡沫镍基底上合成了一种独特的饼干状铈掺杂镍基金属有机框架材料（Ce─Ni─BDC）。这种自支撑电极在尿素氧化反应（UOR）中表现出卓越的催化活性，仅需1.408 V（相对于可逆氢电极，V_RHE）即可达到100 mA cm^?2的电流密度，性能优于未掺杂的Ni-BDC、RuO₂和Pt/C基准催化剂。当应用于时间解耦型锌-尿素电池系统时，该材料可实现2.32 mW cm^?2的峰值功率密度，并同步产生氢气。

借助Operando原位分析技术，研究发现其不对称的Ce─O─Ni活性位点能够在比传统γ-NiOOH形成电位低150 mV的条件下重构为Ce-γ-NiOOH相。密度泛函理论（DFT）计算进一步表明，Ce_3d-O-Ni_2p轨道杂化使d带中心下移至–1.359 eV，这一电子结构变化不仅稳定了关键反应中间体CO，还将COOH形成的能垒降低了0.27 eV。该研究为设计不对称金属活性位点提供了创新的MOF衍生策略，深入揭示了催化过程中的重构动力学与轨道相互作用机制，并在可再生能源存储系统中展现出实际应用潜力。