新年首篇！内蒙古大学成果再登Nature子刊！

近日，我校化学化工学院刘健教授、王艳琴副教授团队在节能制绿氢联产高附加值化学品领域取得重大突破，在Nature子刊发表题为“Lewis acid-triggered hydroxyl spillover enables selective urea electrooxidation to nitrite with concurrent energy-saving hydrogen production”的研究成果。(论文链接：)。我校研究生范超、张猛为论文的共同第一作者，我校刘健教授、王艳琴副教授和郑州轻工业大学巩飞龙副教授为论文共同通讯作者，内蒙古大学为论文第一完成单位。

绿氢是实现碳中和目标的重要能源形式，但其规模化生产面临一个主要障碍：电解水制氢过程中的高能耗问题，其中析氧反应（OER）占据了近90%的电能消耗。长期以来，科研人员致力于探索可替代OER的低耗能阳极反应，以期通过“开源节流”的方式提升制氢效率。尿素氧化反应（UOR）因理论电位较OER低约0.86V，被认为是一个具有前景的替代方向。与此同时，亚硝酸盐（NO2-）作为尿素选择性氧化的产物之一，在食品、农业和医药等行业应用广泛，但其传统的奥斯特瓦尔德制备方法能耗大、污染严重，难以符合绿色、经济的合成需求。因此，利用尿素废水作为阳极原料合成NO2-，有望同时实现绿氢的节能制备与高附加值NO2-的联合生产。然而，传统的尿素氧化反应（UOR）倾向于遵循热力学更有利的氮氮偶联路径生成N2，这为目标产物（NO2-）的选择性调控带来了显著困难。该研究提出了一种创新的催化剂设计策略。研究团队通过在Ni3S2中引入具有强路易斯酸性的铬（Cr3+）位点，首次实现了“羟基动态溢流”效应，成功构建出高效多功能电催化剂Cr-Ni3S2。该催化剂能将电解产生的OH-优先输送至镍活性位点，促进尿素分子发生碳氮（C-N）键选择性断裂，从而将反应路径导向高附加值亚硝酸盐的生成与协同产氢，同时显著抑制了氮气副反应的发生。实现了尿素向亚硝酸盐的高效转化。组装的电解槽在500mA cm-2电流密度下的H2生产能耗为3.7kWh m-3，亚硝酸盐产率达到了创纪录的120.98 mg h-1 cm-2，在能耗和阳极产物附加值两方面均远优于传统的电解水制氢技术。技术经济分析显示，在400mA cm⁻²下处理每吨尿素的净收益为1210.5美元，具有经济可行性。该研究实现了反应路径的有效调控，为超低能耗制氢与废水资源化耦合提供了新思路，有望推动绿氢工业化生产的发展。

催化剂Cr-Ni3S2和Ni3S2的UOR作用机理示意图

本工作服务“双碳”目标，面向内蒙古自治区建设国家重要能源和战略资源基地、发展绿氢产业战略任务的重大需求，提出“路易斯酸介导羟基溢流”的氧化反应新机制，开发尿素节能制氢联产高附加值亚硝酸盐的新技术，并将该策略成功拓展至锌-尿素电池体系，展现出从基础机制创新到工程应用转化的潜力。

该成果得到了国家自然科学基金、内蒙古自治区科技计划项目等项目的资助。

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编辑 ：贾慧婷

校对 ：赵亚静

责编 ：张书宁

初审 ：武涛 伊如乐

复审 ：李文娟

终审 ：阿茹娜