氢能，具有高能量密度和零碳排放等优点，被认为是未来替代传统化石燃料的最有前途的能源。其中，由可再生能源驱动的电解水是一种高效、环保的产生高纯度氢气的策略。然而，阳极析氧反应（OER, 1.23 V vs. RHE）的反应动力学迟缓，严重阻碍了电解水的发展和实际应用。近年来，研究人员致力于用热力学上更容易发生的小分子氧化反应（如醇类、胺类、葡萄糖、尿素、亚砜和肼）来替代OER，以实现节能的氢气生产。其中，肼氧化反应（HzOR）因其较低的理论电位（N₂H₄ + 4OH⁻ = N₂ + 4H₂O, -0.33 V）和高安全性（N₂是唯一的副产物）而受到广泛关注。目前，人们已经致力于开发基于非贵金属的高效HzOR电催化剂，例如过渡金属硫化物、磷化物和氮化物等。然而，非贵金属往往倾向于促进N-N键的断裂，导致肼的不完全氧化和产生NH₃等副产物。此外，大多数报道的非贵金属催化剂仅对参与整体肼分解的半电池反应表现出良好性能。开发高效低成本的双功能电催化剂用于HzOR和析氢反应（HER），可以简化器件制造并降低成本，在电解系统的应用中非常有价值，但仍然面临挑战。

我院陈伟教授等人在知名期刊《Angew. Chem. Int. Ed.》上发表了题为“Cooperative Ni(Co)-Ru-P Sites Activate Dehydrogenation for Hydrazine Oxidation Assisting Self-powered H₂ Production”的文章。本文报道了在NiCoP纳米线阵列表面设计构建了原子级的Ni（Co）-Ru-P界面位点（Ru1-NiCoP），其在HzOR和HER反应中均表现出优异的催化性能。首先，通过低温磷化NiCo LDH制备的NiCoP纳米线阵列具有丰富的缺陷或空位，为原子分散Ru的锚定提供了有利位置。随后，通过浸渍吸附和退火将单原子Ru位点引入NiCoP表面结构。将NiCoP NWAs的合成与Ru单原子沉积分步进行有助于Ni（Co）-Ru-P界面位点的成功构筑，从而最大限度地利用Ru单原子。通过先进的球差技术和X-射线光谱技术，证明Ru单原子在NiCoP纳米线阵列中的均匀分散。

具有原子级界面位点结构的Ru₁-NiCoP催化剂在HzOR反应中表现出优异的催化活性，仅需极小的工作电位（-60 mV）即可达到10 mA cm^-2的电流密度；在HER反应中同样表现优异，在10 mA cm^-2电流密度下，过电位低至32 mV，可与商业Pt/C相媲美。值得注意的是，基于整体肼分解（OHzS）的双电极电解槽采用Ru₁-NiCoP作为阳极和阴极催化剂，在0.3 V电池电压下产生的电流密度高达522 mA cm^-2，明显优于大多数已报道的双功能催化剂，这得益于其独特的Ni（Co）-Ru-P界面位点的协同作用。OHzS系统与整体水分解（OWS）系统相比，具有显著的节能产氢潜力。此外，利用直接肼燃料电池（DHzFC）驱动的OHzS自供能H₂生产系统，实现了24.0 mol h⁻¹ m^-2的H₂产生速率。理论计算研究表明，Ru单原子位点的引入使得Ru₁-NiCoP的d带中心远离费米能级，优化了Ru₁-NiCoP对H的吸附；并显著降低了未占据态d带中心，从而增强了对*N₂H₂的吸附能力，降低了肼脱氢过程的能垒进而提高了对于HzOR的催化活性。

相关成果发表在国际顶级期刊国际著名期刊《Angew. Chem. Int. Ed.》上，第一作者是胡严敏博士，通讯作者是我院陈伟教授、牛淑文博士和清华大学王定胜教授，温州大学为第一通讯单位，相关工作受到国家自然科学基金项目的资助。

原文链接：https://doi.org/10.1002/anie.202308800