隨著環境污染加劇和傳統化石燃料的逐漸枯竭，氫能作為一種清潔能源，被認為是未來可持續發展的關鍵。然而，傳統水電解制氫受限于析氧反應（OER）較高的過電位和緩慢的動力學，使得能耗較高。相比之下，尿素氧化反應（UOR）因其較低的理論電位和可同步降解尿素廢水的優勢，成為替代OER的一種理想策略。 

最近，重慶理工大學齊學強教授團隊聯合北京師范大學華青松教授等研究人員，通過一步電沉積法，在碳紙上制備自支撐的雙金屬硫化物（NiCoS）催化劑，并將其應用于尿素氧化反應中，取得了顯著的成果。

作者采用循環伏安電沉積法，在碳紙（CP）基底上原位生長NiCoS催化劑，通過調整電沉積過程的循環次數，制備不同厚度的NiCoS/CP樣品。利用X射線衍射、透射電子顯微鏡、X射線光電子能譜等手段對催化劑的結構和組成進行基礎的結構表征。

電化學測試表明，NiCoS/CP在堿性尿素電解液中僅需1.46 V vs. RHE即可達到10 mA cm^-2，表現出優異的UOR催化活性。在進一步構建的尿素電解系統中，NiCoS/CP為陽極，鉑片為陰極，僅需1.6 V即可達到10 mA cm^-2，相比傳統水電解節省130 mV的能耗。此外，NiCoS/CP的Tafel斜率為48.02 mV dec^-1，遠優于單金屬硫化物NiS和CoS，展現出更快的動力學特性。自支撐的設計讓催化劑直接生長在碳紙上，無需使用粘結劑，降低界面電阻，增強催化活性和穩定性；層狀納米片結構提供了大量的活性位點，增強反應物的吸附和催化效率；Ni和Co的協同作用降低NiOOH的形成電位，促進更多Ni³⁺的生成，從而加速尿素氧化過程。長期穩定性測試表明，在100小時恒電流測試中，NiCoS/CP仍保持穩定的電流密度，表現出色的耐久性。

該研究不僅為尿素電解制氫提供一種高效低成本的催化劑方案，同時也為尿素廢水處理和尿素燃料電池等領域的應用提供新的思路。優化催化劑的組成和微觀結構，有望進一步提升其電催化性能，為可持續能源的發展貢獻力量。  

In Situ Electrodeposition Self-Supported Bimetallic Sulfides for Urea Electrooxidation

Yi Zeng, Shun Lu, Haoqi Wang, Mohamed N. Khalil, Qingsong Hua, Xueqiang Qi

文章的第一作者是重慶理工大學的碩士研究生曾羿。

ChemCatChem

DOI: 10.1002/cctc.202500298