金属有机框架结构工程增强电催化尿素氧化反应：机制解析与电子调控策略

这篇综述系统阐述了金属有机框架（MOFs）在电催化尿素氧化反应（UOR）中的设计策略与机制突破，重点解析了通过金属-配体协同、异质结构构建和缺陷工程等电子调控手段优化活性位点（如Ni3+/Fe3+）以降低反应能垒（从1.23 V至0.37 V vs. RHE），实现废水净化与氢能（H2）生产的双重目标，为碳中和目标下的能源-环境协同技术提供新范式。

　　

Highlight

电催化尿素氧化反应（UOR）的核心机制依赖于催化剂表面活性位点（如Ni³⁺、Fe³⁺）对尿素分子的吸附与活化。高价金属态驱动脱氢生成中间体（如NH₂、COOH），而双金属协同或异质界面优化C?N键断裂与电子转移效率，最终高效生成N₂和CO₂。当前研究聚焦于活性位点精准设计、动态中间体调控及原位表征技术整合，以突破动力学限制与稳定性挑战，推动UOR在废水处理、氢能耦合及尿素燃料电池中的应用。

Precise regulation of active sites and clear structure-activity relationships

MOFs基电催化剂中活性位点的精准调控依赖于金属节点的原子级设计、有机配体的功能修饰以及孔/缺陷工程，通过优化电子结构与传质效率显著提升催化活性。解析构效关系需结合原位表征与理论计算，揭示动态活性位点演化规律——例如，双金属MOFs中Ni-Co协同可调控d带中心位置，强化尿素吸附；而配体π共轭结构则促进电荷离域，加速关键中间体（如*COO）脱附。

Categories of MOFs-based UOR electrocatalysts

根据来源可分为三类：原始MOFs（如单金属Ni-MOFs、双金属CoFe-MOFs）、MOFs基复合材料（如Ce-Ni(OH)₂@Ni-MOF/NF）及MOFs衍生材料（如碳包覆磷化物C@NiCoP/NF）。其中，异质结构界面（如MoS₂/MOFs）通过电荷再分布增强电子传输，而热解衍生的金属硒化物（NiCoFeSe）则兼具高导电性与暴露活性位点，协同提升UOR性能。

Conclusions and perspectives

UOR将含尿素废水高效转化为清洁能源（如H₂或电能），实现环境污染治理与可再生能源生产的协同发展。MOFs基催化剂凭借其三维多孔框架、超高比表面积及可调活性中心，为反应物传输与活性位点暴露提供理想平台。未来需通过原位动态重构与理论导向设计，解决导电性不足与规模化制备难题，推动该技术向工业化应用迈进。