電化學尿素氧化反應(yīng)（UOR）被證實是將廢物轉(zhuǎn)化為可再生能源的有效途徑。鑒于此，美國德克薩斯大學奧斯汀分校Arumugam Manthiram、印度馬杜賴卡馬拉伊大學G. Gnana kumar等利用雙金屬有機框架作為軟模板結(jié)合化學氣相沉積法，成功合成了由三維碳殼包裹鎳銅納米顆粒構(gòu)成的中空球狀多壁碳納米管復(fù)合材料（Nix-Cuy/MWCNTs）。
本文要點：
（1）通過密度泛函理論闡明了所制備催化劑的構(gòu)型與電子特性及其對電荷轉(zhuǎn)移過程的影響，并采用多種電化學技術(shù)解析了其對UOR動力學的作用機制。Nix-Cuy/MWCNTs的分級多孔中空球束結(jié)構(gòu)因其內(nèi)外表面均暴露于尿素燃料而顯著提升了尿素利用效率。雙金屬納米顆粒與石墨化碳的協(xié)同作用有效增強了電子傳導(dǎo)路徑、電催化活性及UOR抗中毒能力。
（2）相較于商業(yè)Ni/C催化劑，Nix-Cuy/MWCNTs憑借其表面和間隙空位促進UOR中間體氧化并抑制N─C鍵斷裂的特性，使直接尿素燃料電池（DUFC）實現(xiàn)了47.3 mW cm?2的高功率密度和200小時的持久穩(wěn)定性。該催化劑在人體尿液燃料條件下仍保持32.7 mW cm?2的輸出性能，為可持續(xù)能源開發(fā)開辟了新的研究方向。
A. Vignesh, G. Gnana kumar, P. Vajeeston, A. Manthiram, Bimetallic Organic Framework-Derived 3D Hierarchical Ni–Cu/MWCNTs as Anode Catalysts for High-Performance, Durable Direct Urea Fuel Cells. Adv. Energy Mater. 2025, 2405025.
https://doi.org/10.1002/aenm.202405025
