电化学水分解析氢反应(HER)是一种高效、绿色的高纯度氢气生产策略。然而，阳极上析氧反应(OER)的缓慢反应动力学严重阻碍了水分解产氢的发展和实际应用。目前，热力学有利的小分子，如醇、胺、葡萄糖、尿素、磺脲、肼的电催化氧化被用来替代OER以实现节能产H2。其中，肼氧化反应(HzOR)因其理论电位较低和更高的安全性而受到广泛关注(N2H4+4OH−=N2+4H2O，−0.33 VRHE)，因为N2是唯一的副产物。然而，阳极非贵金属催化剂有促进N-N键裂解的倾向，导致肼的不完全氧化和产生NH3。
此外，大多数报道的催化剂只对HzOR表现出最佳的性能而对HER没有活性。因此，开发高效的HzOR和析氢反应(HER)的双功能电催化剂对于整体肼辅助水电解产氢的发展至关重要。近日，清华大学王定胜、温州大学陈伟和中国科学技术大学牛淑文等在具有Ru单原子的NiCoP纳米线阵列(NWAs)阵列(Ru1-NiCoP)上构建了原子Ni(Co)-Ru-P界面位点，以实现高效催化HzOR和HER。结果表明，在1.0 M KOH+0.3 M N2H4电解质中，Ru1-NiCoP对HzOR表现出优越的电催化活性，电位为−60 mV就可达到10 mA cm-2的电流密度；对于HER，该催化剂在1.0 M KOH中达到10 mA cm-2电流密度只需要32 mV的超低过电位，与商业Pt/C相当。此外，利用Ru1-NiCoP作为阳极和阴极催化剂组装的OHzS双电极电解槽在0.3 V的电池电压下可以产生522 mA cm-2的电流密度，比整体水分裂(OWS)系统具有显著的节能产H2潜力。实验结果和理论计算表明，在NiCoP中引入Ru原子位点优化了H*吸附和降低了NiCoPd的空位d带中心，导致对*N2H2吸附能力的增强和降低了肼脱氢的反应能垒，从而提高HzOR的活性。此外，由DHzFC驱动的OHzS电解槽的自供电的制氢系统具有优异的氢气产率(24.0 mol h−1 m−2)，能够与文献报道的其他自驱动制氢系统相媲美。总的来说，该项工作开发了一种有效的HzOR/HER双功能催化剂并通过实验和理论计算揭示了其活性增强的机理，为设计和开发具有更广泛应用的高效双功能电催化剂提供了指导。Cooperative Ni(Co)-Ru-P Sites Activate Dehydrogenation for Hydrazine Oxidation Assisting Self-powered H2 Production. Angewandte Chemie International Edition 2023. DOI: 10.1002/anie.202308800
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