尿素电氧化是一种高性价比的替代水氧化的节能制氢方法。然而，其实际应用受到昂贵的尿素反应物和缓慢的反应动力学的限制。
2025年3月11日，阿德莱德大学郑尧、乔世璋在国际顶级期刊Nature Communications上发表了题为《Urine electrooxidation for energy-saving hydrogen generation》的研究论文，Pengtang Wang为论文第一作者，郑尧、乔世璋为论文通讯作者。
郑尧，澳大利亚阿德莱德大学副教授。2006年和2009年在南京工业大学分别获得学士学位和硕士学位，2014年于澳大利亚昆士兰大学获得博士学位，后于澳大利亚阿德莱德大学从事博士后研究工作，现为阿德莱德大学副教授。
郑尧副教授主要研究方向为新型纳米材料的制备及其在能源转换中的应用，包括析氢反应，二氧化碳、氮气还原反应等，着重采用理论计算与实验相结合的手段进行高性能催化剂的设计与开发。已在Nat. Energy，Nat. Commun.，J. Am. Chem. Soc.，Angew. Chem. Int. Ed.，Chem. Soc. Rev.等国际权威期刊上发表论文120余篇。
乔世璋，澳大利亚科学院院士，阿德莱德大学化工与材料学院纳米技术首席教授，阿德莱德大学能源与催化材料中心主任。1984年获得天津大学学士学位；1990年获得天津大学硕士学位；2000年获得香港科技大学化学工程博士学位，同年任南洋理工大学研究员；2001年任职于昆士兰大学；2004年-2006年在昆士兰大学从事博士后研究；2007年-2009年任昆士兰大学高级研究员；2010年-2011年任昆士兰大学副教授；2012年3月任阿德莱德大学化工学院纳米技术首席教授；2023年5月当选为澳大利亚科学院院士。
乔世璋院士主要从事高效储能材料、电催化新材料、纳米多孔材料的制备、结构表征及其在药物传输和电化学储能等领域的研究。已在Nature，Nat. Energy，Nat. Nanotech.，Nat. Synth.，Sci. Adv.，Nat. Commun.，J. Am. Chem. Soc.，Angew. Chem. Int. Ed.，Adv. Mater.等国际知名期刊发表学术论文540余篇，引用超过12.5万次。
在此，研究团队提出了一种用于高效制氢的尿素电解系统，以无成本的尿液为原料。
该系统利用了在Pt催化剂上发现的Cl介导的尿素氧化反应（Cl-UOR），其中吸附的氯直接与尿素偶联形成N-氯脲中间体，随后通过分子间N-N偶联转化为N2。这种快速的介导氧化过程显著提高了尿液电解的活性和稳定性，同时避免了Cl诱导的腐蚀问题，使得系统能够在低电压下稳定运行超过200小时。
因此，在实际制氢电解槽中，尿液电解的电能消耗显著降低（在300 mA cm-2下为4.05 kWh Nm-3），优于传统的尿素电解（5.62 kWh Nm-3）和水电解（4.70–5.00 kWh Nm-3）。
图1：尿液电解制氢的现状
图2：碱性和酸性条件下模拟尿液电解的比较
图3：酸性条件下Pt催化的Cl-UOR产物分析
图4：Cl-UOR催化剂性能评估和动力学研究
图5：Cl-UOR催化尿素转化为N2的机理研究
图6：铂催化尿液电解与水电解的比较
图7：铂催化尿液电解与其他尿素电解系统的比较
综上所述，该研究开发了一种高效的尿素电解系统，利用无成本的尿液作为原料，通过Pt催化剂上的Cl介导尿素氧化反应实现节能制氢。不仅解决了传统尿素氧化反应中尿素成本高和反应动力学缓慢的问题，还通过Cl介导的快速氧化机制实现了高效的尿素转化为氮气。
这种方法在实际电解槽中表现出显著的电流密度提升（341.4 mA cm-2）和低的电力消耗（4.05 kWh Nm-3），优于传统的尿素电解和水电解方法。此外，该方法还展示了在处理真实尿液时的可行性，为可持续氢生产和尿素降解提供了新的思路。
Wang, P., Gao, X., Zheng, M. et al. Urine electrooxidation for energy–saving hydrogen generation. Nat Commun 16, 2424 (2025). https://doi.org/10.1038/s41467-025-57798-3.
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