氢能被认为是一种极具前景的清洁能源，因为它具有出色的能量密度和长期可持续性等特性[1,2]。氢能技术的进步对于构建可持续的能源基础设施至关重要，它通过三个关键方面做出贡献：发展低碳和安全的能源系统、改善空气质量以及加速能源行业的转型[[3], [4], [5], [6]]。电化学水分解因其无碳运行、高效率、安全性和适应性而成为生成绿色氢气的重要方法[[7], [8], [9]]。
这一分解过程涉及两个主要的半反应：阳极氧 evolution 反应（OER）和阴极氢 evolution 反应（HER）。OER 的缓慢动力学源于其固有的四电子转移机制。然而，用尿素富集废水中的 UOR 替代 OER 可带来显著的好处。尿素氧化反应（UOR）所需的理论电位仅为 0.37 V（相对于可逆氢电极（RHE）），远低于 OER 所需的 1.23 V，这不仅节省了能源，还有助于废水处理。然而，UOR 的六电子转移途径引入了新的动力学挑战，对催化剂性能提出了更高的要求[10,11]。
尽管基于铱（Ir）和钌（Ru）的催化剂在 OER 和 UOR 中都表现出优异的性能，但它们高昂的成本阻碍了大规模的实际应用。这突显了迫切需要既经济又高性能的双功能 OER/UOR 催化剂，以便同时实现氢气生产和废水处理[12,13]。
过渡金属硫化物因其高的内在催化活性、优异的电子导电性和丰富的活性位点以及经济可行性而成为有前景的 OER/UOR 催化剂。双金属硫化物通过组成金属之间的协同电子效应进一步增强了催化性能[[14], [15], [16]]。例如，Li 等人研究了全过渡金属基的 MoS2@Co3S4/NC 异质结构的设计与制备，在 10 mA cm?2 的电流密度下，OER 的过电位低至 243 mV，HER 的过电位为 56 mV，并且具有显著的运行耐久性[17]。Yu 等人开发了三维核壳结构的 Co3S4/CuS@NiFe-LDH/NF 纳米珊瑚球电催化剂，在 10 mA cm?2 的电流密度下，OER 的过电位为 251 mV[18]。
在过去十年中，基于铱的材料由于与其他金属的显著协同效应而成为 OER 和 UOR 电催化剂的焦点[19,20]。Ngo 等人将高负载的铱单原子纳米片掺入含锰（Mn）的氢氧化镍基质中，制备了 Ir@Mn-NiOOH，当电流密度达到 10 mA cm?2 时，OER 和 UOR 所需的过电位分别为 258 mV 和 1.319 V，显示出优异的催化性能[21]。Chen 等人制备了一种创新的双功能纳米片电催化剂 Ir-Ni3N，在 100 mA cm?2 的电流密度下，OER 和 UOR 的过电位分别为 1.59 V 和 1.37 V[2]。然而，贵金属催化剂的高成本严重限制了它们的大规模工业应用。因此，在不牺牲催化活性的前提下，最大化贵金属基复合材料的贵金属原子利用率并提高材料稳定性已成为当代催化剂设计中的关键挑战[[22], [23], [24]]。
为了解决上述问题，通过水热处理和化学沉积工艺制备了结晶/非晶催化剂 Ir@Ni3S2/MoS2/NF，其在 OER 和 UOR 方面都表现出出色的电催化性能和稳定性。具体来说，结晶组分提供了稳定的活性位点并实现了高效的电子传输，而非晶组分则具有高密度的缺陷和悬挂键[[25], [26], [27]]。这种独特的结构组合增强了反应物吸附并暴露了额外的活性位点，从而协同提高了 OER/UOR 的催化性能[25,28,29]。此外，通过电沉积将 Ir 离子均匀负载在催化剂表面实现了双重优化：首先，显著减少了所需的贵金属 Ir 的量，同时确保所有活性位点都能接触到电解质；其次，Ir 与 Ni/Mo 硫化物载体之间的强电子相互作用有效地调节了 Ir 的电子构型，从而显著增强了其内在催化活性[[30], [31], [32], [33]]。
结果，Ir@Ni3S2/MoS2/NF 显示出显著的双功能催化性能。对于 OER 反应，188.6 mV 和 260.9 mV 的过电位分别足以驱动 10 mA 和 100 mA cm?2 的电流密度，稳定性长达 210 小时。在 UOR 性能方面，可以在更低的操作电位 1.27 V 和 1.32 V 下获得相当的电流密度，而且连续运行 50 小时后没有出现任何显著降解。因此，本研究提出了一种设计高效 OER/UOR 双功能催化剂的合理构建概念。
