氫能，具有高能量密度和零碳排放等優點，被認為是未來替代傳統化石燃料的最有前途的能源。其中，由可再生能源驅動的電解水是一種高效、環保的產生高純度氫氣的策略。然而，陽極析氧反應（OER, 1.23 V vs. RHE）的反應動力學遲緩，嚴重阻礙了電解水的發展和實際應用。近年來，研究人員致力于用熱力學上更容易發生的小分子氧化反應（如醇類、胺類、葡萄糖、尿素、亞砜和肼）來替代OER，以實現節能的氫氣生產。其中，肼氧化反應（HzOR）因其較低的理論電位（N2H4 + 4OH? = N2 + 4H2O, -0.33 V）和高安全性（N2是唯一的副產物）而受到廣泛關注。目前，人們已經致力于開發基于非貴金屬的高效HzOR電催化劑，例如過渡金屬硫化物、磷化物和氮化物等。然而，非貴金屬往往傾向于促進N-N鍵的斷裂，導致肼的不完全氧化和產生NH3等副產物。此外，大多數報道的非貴金屬催化劑僅對參與整體肼分解的半電池反應表現出良好性能。開發高效低成本的雙功能電催化劑用于HzOR和析氫反應（HER），可以簡化器件制造并降低成本，在電解系統的應用中非常有價值，但仍然面臨挑戰。

我校化材學院陳偉教授等人在知名期刊《Angew. Chem. Int. Ed.》上發表了題為“Cooperative Ni(Co)-Ru-P Sites Activate Dehydrogenation for Hydrazine Oxidation Assisting Self-powered H2 Production”的文章。本文報道了在NiCoP納米線陣列表面設計構建了原子級的Ni（Co）-Ru-P界面位點（Ru1-NiCoP），其在HzOR和HER反應中均表現出優異的催化性能。首先，通過低溫磷化NiCo LDH制備的NiCoP納米線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，通過浸漬吸附和退火將單原子Ru位點引入NiCoP表面結構。將NiCoP NWAs的合成與Ru單原子沉積分步進行有助于Ni（Co）-Ru-P界面位點的成功構筑，從而最大限度地利用Ru單原子。通過先進的球差技術和X-射線光譜技術，證明Ru單原子在NiCoP納米線陣列中的均勻分散。

具有原子級界面位點結構的Ru1-NiCoP催化劑在HzOR反應中表現出優異的催化活性，僅需極小的工作電位（-60 mV）即可達到10 mA cm-2的電流密度；在HER反應中同樣表現優異，在10 mA cm-2電流密度下，過電位低至32 mV，可與商業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作為陽極和陰極催化劑，在0.3 V電池電壓下產生的電流密度高達522 mA cm-2，明顯優于大多數已報道的雙功能催化劑，這得益于其獨特的Ni（Co）-Ru-P界面位點的協同作用。OHzS系統與整體水分解（OWS）系統相比，具有顯著的節能產氫潛力。此外，利用直接肼燃料電池（DHzFC）驅動的OHzS自供能H2生產系統，實現了24.0 mol h?1 m-2的H2產生速率。理論計算研究表明，Ru單原子位點的引入使得Ru1-NiCoP的d帶中心遠離費米能級，優化了Ru1-NiCoP對H的吸附；并顯著降低了未占據態d帶中心，從而增強了對*N2H2的吸附能力，降低了肼脫氫過程的能壘進而提高了對于HzOR的催化活性。

相關成果發表在國際頂級期刊國際著名期刊《Angew. Chem. Int. Ed.》上，第一作者是胡嚴敏博士，通訊作者是我院陳偉教授、牛淑文博士和清華大學王定勝教授，溫州大學為第一通訊單位，相關工作受到國家自然科學基金項目的資助。

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