WPI研究人员开发了一种材料，可以去除水中的尿素，并可能将其转化为氢气。通过用精心定制的电子结构构建这些镍和钴原子材料，该小组已经释放了使这些过渡金属氧化物和氢氧化物在电化学反应中选择性氧化尿素的潜力。
这项研究由WPI化学工程教授James H. Manning教授Xiaowei Teng领导，发布在《物理化学快报杂志》上，并在该出版物的补充封面上进行了重点介绍。
尿素是一种低成本的氮肥农业肥料，是人体新陈代谢的天然产物。富含尿素的农业径流和城市废水排放会导致富营养化——有害藻华和缺氧死区，对水生环境和人类健康产生不利影响。
同时，尿素的独特特性使其成为一种潜在的储氢介质，可以提供可行的按需制氢。例如，尿素是无毒的，具有高水溶性，并且氢含量高。因此，电解尿素制氢比电解水更节能、更经济。
尿素电解的弱点一直是缺乏选择性氧化尿素而不是水的低成本和高效率的电催化剂，但滕和他的团队找到了一种解决方案：制造由协同相互作用的镍和钴原子组成的电催化剂，具有独特的电子结构，用于选择性尿素电氧化。
WPI团队的研究集中在均匀的镍和钴氧化物以及氢氧化物上。研究人员发现，提高其电化学活性和对尿素氧化的选择性的关键在于用主要的Ni2+和Co3+物种定制独特的电子结构。
滕说：“这种电子构型是提高尿素氧化选择性的关键因素，因为我们观察到，更高的镍价，如Ni3+，确实有助于产生快速反应和强大的电流输出;然而，很大一部分电流来自不必要的水氧化。”。
为了更好地理解这种影响，滕的团队与WPI化学工程教授Aaron Deskins合作。Deskins进行了计算模拟，发现镍、钴氧化物和氢氧化物的均匀混合有利于电子从Ni2+重新分布到Co3+物种，并将价电子转移到更高的能量，因此Ni/Co催化剂能够更好地参与与尿素和水分子的键合。
尿素是主要的氮肥和饲料添加剂，早在 1920 年代就开始商业化生产;2021 年产量约为 1.8 亿吨。尿素可以来自天然来源;一个成年人每天产生 1.5 升尿液，相当于每年 11 公斤尿素和 0.77 公斤氢气。
该团队的研究结果可能有助于利用废物流中的尿素通过电解过程有效地生产氢燃料，并可用于从水中隔离尿素，保持生态系统的长期可持续性，并彻底改变水与能源的关系。
