氫能，具有高能量密度和零碳排放等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是未來(lái)替代傳統(tǒng)化石燃料的最有前途的能源。其中，由可再生能源驅(qū)動(dòng)的電解水是一種高效、環(huán)保的產(chǎn)生高純度氫氣的策略。然而，陽(yáng)極析氧反應(yīng)（OER, 1.23 V vs. RHE）的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)遲緩，嚴(yán)重阻礙了電解水的發(fā)展和實(shí)際應(yīng)用。近年來(lái)，研究人員致力于用熱力學(xué)上更容易發(fā)生的小分子氧化反應(yīng)（如醇類(lèi)、胺類(lèi)、葡萄糖、尿素、亞砜和肼）來(lái)替代OER，以實(shí)現(xiàn)節(jié)能的氫氣生產(chǎn)。其中，肼氧化反應(yīng)（HzOR）因其較低的理論電位（N2H4 + 4OH? = N2 + 4H2O, -0.33 V）和高安全性（N2是唯一的副產(chǎn)物）而受到廣泛關(guān)注。目前，人們已經(jīng)致力于開(kāi)發(fā)基于非貴金屬的高效HzOR電催化劑，例如過(guò)渡金屬硫化物、磷化物和氮化物等。然而，非貴金屬往往傾向于促進(jìn)N-N鍵的斷裂，導(dǎo)致肼的不完全氧化和產(chǎn)生NH3等副產(chǎn)物。此外，大多數(shù)報(bào)道的非貴金屬催化劑僅對(duì)參與整體肼分解的半電池反應(yīng)表現(xiàn)出良好性能。開(kāi)發(fā)高效低成本的雙功能電催化劑用于HzOR和析氫反應(yīng)（HER），可以簡(jiǎn)化器件制造并降低成本，在電解系統(tǒng)的應(yīng)用中非常有價(jià)值，但仍然面臨挑戰(zhàn)。

我?；膶W(xué)院陳偉教授等人在知名期刊《Angew. Chem. Int. Ed.》上發(fā)表了題為“Cooperative Ni(Co)-Ru-P Sites Activate Dehydrogenation for Hydrazine Oxidation Assisting Self-powered H2 Production”的文章。本文報(bào)道了在NiCoP納米線(xiàn)陣列表面設(shè)計(jì)構(gòu)建了原子級(jí)的Ni（Co）-Ru-P界面位點(diǎn)（Ru1-NiCoP），其在HzOR和HER反應(yīng)中均表現(xiàn)出優(yōu)異的催化性能。首先，通過(guò)低溫磷化NiCo LDH制備的NiCoP納米線(xiàn)陣列具有豐富的缺陷或空位，為原子分散Ru的錨定提供了有利位置。隨后，通過(guò)浸漬吸附和退火將單原子Ru位點(diǎn)引入NiCoP表面結(jié)構(gòu)。將NiCoP NWAs的合成與Ru單原子沉積分步進(jìn)行有助于Ni（Co）-Ru-P界面位點(diǎn)的成功構(gòu)筑，從而最大限度地利用Ru單原子。通過(guò)先進(jìn)的球差技術(shù)和X-射線(xiàn)光譜技術(shù)，證明Ru單原子在NiCoP納米線(xiàn)陣列中的均勻分散。

具有原子級(jí)界面位點(diǎn)結(jié)構(gòu)的Ru1-NiCoP催化劑在HzOR反應(yīng)中表現(xiàn)出優(yōu)異的催化活性，僅需極小的工作電位（-60 mV）即可達(dá)到10 mA cm-2的電流密度；在HER反應(yīng)中同樣表現(xiàn)優(yōu)異，在10 mA cm-2電流密度下，過(guò)電位低至32 mV，可與商業(yè)Pt/C相媲美。值得注意的是，基于整體肼分解（OHzS）的雙電極電解槽采用Ru1-NiCoP作為陽(yáng)極和陰極催化劑，在0.3 V電池電壓下產(chǎn)生的電流密度高達(dá)522 mA cm-2，明顯優(yōu)于大多數(shù)已報(bào)道的雙功能催化劑，這得益于其獨(dú)特的Ni（Co）-Ru-P界面位點(diǎn)的協(xié)同作用。OHzS系統(tǒng)與整體水分解（OWS）系統(tǒng)相比，具有顯著的節(jié)能產(chǎn)氫潛力。此外，利用直接肼燃料電池（DHzFC）驅(qū)動(dòng)的OHzS自供能H2生產(chǎn)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了24.0 mol h?1 m-2的H2產(chǎn)生速率。理論計(jì)算研究表明，Ru單原子位點(diǎn)的引入使得Ru1-NiCoP的d帶中心遠(yuǎn)離費(fèi)米能級(jí)，優(yōu)化了Ru1-NiCoP對(duì)H的吸附；并顯著降低了未占據(jù)態(tài)d帶中心，從而增強(qiáng)了對(duì)*N2H2的吸附能力，降低了肼脫氫過(guò)程的能壘進(jìn)而提高了對(duì)于HzOR的催化活性。

相關(guān)成果發(fā)表在國(guó)際頂級(jí)期刊國(guó)際著名期刊《Angew. Chem. Int. Ed.》上，第一作者是胡嚴(yán)敏博士，通訊作者是我院陳偉教授、牛淑文博士和清華大學(xué)王定勝教授，溫州大學(xué)為第一通訊單位，相關(guān)工作受到國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目的資助。

原文鏈接：https://doi.org/10.1002/anie.202308800