近日，纺织新材料与先进加工全国重点实验室杨应奎教授团队在Nature Communications期刊发表题为“Dynamic Ligand-Vacancy Engineering Drives Metal Dimerization for Efficient Urea Electrooxidation”的高水平研究论文（链接： https://www.nature.com/articles/s41467-026-70919-w）。武明杰教授为第一作者，杨应奎教授为通讯作者，武汉纺织大学为唯一署名单位。
尿素氧化反应因其热力学电位低、可与废水处理耦合，被视为替代传统析氧反应实现节能制氢的理想途径。然而，现有金属有机框架（MOF）催化剂在碱性氧化环境下易发生不可逆结构转变，活性位点快速失活，制约其实际应用。针对这一挑战，研究团队基于MOF材料，利用Fe与Co在碱性高电位下热力学与动力学行为的差异，构建了一种自适应的配位微环境。该结构在电化学活化过程中选择性诱导Co位点产生配体空位，同时Fe位点保留配体结构，进而增强金属-金属相互作用，形成稳定的二聚体构型（图1）。
图1. 金属有机框架（MOF）催化剂设计策略
研究表明，该动态重构后的催化剂（DR-FeCoBMF）在尿素氧化反应中表现出优异的性能（图2）：达到10 mA cm-2电流密度仅需1.222 V，比商业IrO2低188 mV，氮氧化物法拉第效率高达87.7%。在工业级电流下，该催化剂可在1 A cm-2条件下稳定运行100小时，性能无明显衰减，相比传统水电解节能13%。结合光谱表征与理论计算，研究进一步揭示，配体空位诱导的金属二聚化将C–N键裂解能由1.33 eV降至0.80 eV，并将速控步从非电化学步骤（C–N裂解）转变为电化学步骤（*NO氧化），显著降低了反应活化能。
图2. 尿素辅助水电解系统设计与电催化性能
该研究针对碱性电氧化环境中MOF催化剂易发生表面重构导致失活的关键难题，从MOF重构的角度出发，提出了“异核空位-成键”动态自适应策略，通过在原子尺度上调控配体空位与金属二聚化，实现了催化活性与结构稳定性的协同提升，为高效、耐用的非贵金属电催化剂设计提供了新思路。
第一作者武明杰教授：2023年5月入职全国重点实验室，主持国家自然科学基金、加拿大FRQNT博士后基金和加拿大FRQNT卓越博士PBEEE项目，入选湖北省高层次人才计划、武汉英才计划、江夏区高层次人才计划、湖北省科技副总等。入职以来，以第一/通讯作者在Nature Communications、Energy & Environmental Science、Angewandte Chemie International Edition、ACS Nano、Advanced Functional Materials等TOP期刊上发表高水平论文20余篇，包括ESI高被引论文3篇、热点论文1篇；申请国家发明专利8项。
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