河北工业大学在电解水领域的研究取得重要进展
第一作者：葛凯
通讯作者：胡宜栋、沈伯雄、杨永芳
利用尿素氧化反应（UOR）代替高耗能的析氧反应(OER)，可以显著降低电解水反应所需的电压。镍基催化剂作为替代贵金属最有前途的电催化剂之一，但在UOR过程中，其不可避免的自氧化反应（NSOR）在很大程度上限制了其反应活性。
鉴于此，河北工业大学科研团队介绍了一种温和的化学调节策略，通过欠配位二维(2D) CoNi-MOF的环境重构，促进表面富氧缺陷的CoNi(OH)2的形成，在NSOR之前实现UOR的发生。所制备的2D CoNi-MOF@CoNi(OH)2表现出优异的UOR活性，优于目前报道的贵金属催化剂，在10 mA cm-2下具有1.278 V的低电势，并且在超过200小时的操作中具有显著的长期耐久性。该研究为开发一种廉价且高效的电解水催化剂提供一种思路。
相关工作以“Environmental Reconstruction of Undercoordinated 2D MOF Based Nickel for Efficient Urea Oxygen Reaction”为题发表在国际著名期刊Advanced Functional Materials（IF=19）上。该论文第一作者为葛凯，通讯作者为胡宜栋博士、沈伯雄教授、杨永芳教授。
论文要点
1. 通过简单的溶剂调控策略合成了欠配位的2D CoNi-MOF, 该催化剂可在1M KOH的电解液里自发重构，形成表面富氧缺陷的CoNi-MOF@CoNi(OH)2。
2. 与传统的阳极OER相比，富氧缺陷的CoNi-MOF@CoNi(OH)2在UOR过程中不发生自氧化，诱导NiOOH的形成，从而提高了电催化UOR的活性和稳定性，该催化剂在100和300 mA cm-2的条件下所需的UOR电位分别低200 mV。同时它还能在454 mA cm-2下稳定运行200小时以上。
3. 研究表明富氧缺陷金属氢氧化物的原位生成和双金属镍基MOF d带中心的调节优化了Ni位点的电子结构，促进了尿素分子的优先吸附。原位电化学阻抗谱和Raman光谱证实了UOR在CoNi-MOF@CoNi(OH)2表面的发生的优先性。同时理论计算也证明了UOR在热力学上优先发生于NOSR。
图 1. 2D CoNi-MOF@CoNi(OH)2制备过程示意图。
图2. 2D CoNi-MOF的形貌及微观结构表征。
图3. 2D CoNi-MOF的电化学性能。
图4. 2D CoNi-MOF@CoNi(OH)2的UOR和OER机制见解。
图5. 2D CoNi-MOF@CoNi(OH)2的UOR机制理论见解。
题目：Environmental Reconstruction of Undercoordinated 2D MOF Based Nickel for Efficient Urea Oxygen Reaction
葛凯博士简介：河北工业大学师资博士后，讲师。主要从事绿氢制备和CO2资源化转化等领域相关的科研工作，目前，主持国家级项目1项，省部级项目2项。近五年，以第一作者或通讯作者在Angew. Chem. Int. Ed、Adv. Funct. Mater、Appl. Catal. B、Small、Chem. Eng. J等国际高水平期刊发表SCI论文17篇，曾获省优秀博士论文等荣誉奖励。
胡宜栋，河北工业大学元光学者，专注于应用电化学领域的研究工作。主要研究方向包括：（1）单原子催化剂的优化设计与可控合成；（2）水体污染物处理技术，特别是开发了基于H2O2/O3催化的协同快速降解低浓度水体污染物的技术；（3）电沉积法制备微纳米薄膜的工艺与理论研究等。作为第一作者或通讯作者，已在《Advanced Energy Materials》、《Advanced Functional Materials》、《Journal of Materials Chemistry A》、《Chemical Engineering Journal》等国际知名期刊发表学术论文16篇。
沈伯雄，博士，教授，博士生导师，现任职于河北工业大学研究生院常务副院长（正处级），兼任能源与环境工程学院学科带头人。在大气多污染物协同治理及环境催化材料等领域开展了深入研究。研究成果先后获河北省科技进步一等奖、天津市科技进步一等奖、中国产学研合作创新成果一等奖和天津市专利奖等。近5年，主持/参与国家生态环境重大专项课题、国家和省部级重点、重大项目15项，授权发明专利30余项。在环境领域重要刊物Environmental Science & Technology、Applied Catalysis B: Environment and Energy、Water Research、Journal of Hazardous Materials和化工领域CES/IECR/CEJ等重要刊物发表高水平论文300余篇，h-index：58，他引12000余次，入选2024年中国高被引学者，连续多年入选全球前2%顶尖科学家榜单。
杨永芳，博士，教授，博士生导师，博士毕业于南开大学，2007年入职于化工学院高分子科学与工程系。2018年7月至2019年6月于美国凯斯西储大学高分子科学与工程专业研修。曾在Angew. Chem., Int. Ed. (高被引），Adv. Funct. Mater.，Appl. Catal. B，Chem. Eng. J.，Small等杂志发表论文70余篇，SCI他引2000余次，主持和参与多项国家及河北省基金。主要研究方向为石墨烯/聚合物杂化材料、二维MOFs纳米杂化材料、黑磷烯复合材料的制备及其在光、电催化等新能源及生物医用材料领域的应用。