随着全球能源需求的持续增长和化石燃料储备的逐渐枯竭，开发高效且经济的氢生产方法变得越来越重要[1,2]。与传统氢生产技术相比，电化学H2O分解提供了一种可持续的氢生成方式，在生成H2和O2的过程中不会产生碳排放[3,4]。近年来，多种过渡金属被验证为有效的水分解电催化剂[5,6]。然而，阳极氧析出反应（OER）的固有高过电位导致了显著的能量损失，这对氢生产的工业规模化是一个主要限制[[7], [8], [9], [10], [11]]。醇类、胺类、尿素、5-羟甲基呋喃和肼氧化反应（HzOR）由于其低反应电位（?0.33 V vs. RHE）和环境友好产物，已被证明是阳极OER的可行替代方案[12,13]。在上述阳极反应中，HzOR因具有更好的安全特性和更低的过电位（仅产生N2作为副产物）而受到更多关注[14,15]。肼是工业生产中常见的有毒废水污染物，HzOR可以将其巧妙地转化为H2和N2，从而避免了传统处理方法对水体和土壤的污染。这实现了废物的有效回收，并建立了“污染处理到H2生产”的绿色循环模式。与使用两种不同的电催化剂分别进行氢析出反应（HER）和HzOR相比，同时促进这两种反应的双功能电催化剂的应用可以简化反应系统的设计和操作流程。双功能电催化剂在宽温度范围内表现出高的催化活性和选择性，从而提高了电化学氢生产系统的操作稳定性和工程可扩展性。然而，由于HER和HzOR之间的反应机制存在本质差异，大多数电催化剂仅对阴极或阳极过程有效。
目前，Pt被认为是最有效的氢析出反应（HER）电催化剂，因为其氢吸附自由能接近零。尽管如此，Pt在工业中的应用仍受到高成本的制约[16,17]。从HER火山图可以看出，Pt的氢吸附强度略高于理论上“理想”的电催化剂，表明有进一步提高性能的潜力[18]。通过合金化或异质结构建优化电催化剂的d带中心是提高HER和HzOR反应动力学的有效策略[19,20]。与Ni2+/Ni0（?0.25 V vs. SHE）和Fe2+/Fe0（?0.44 V vs. SHE）相比，Cu2+/Cu0（+0.34 V vs. SHE）的标准还原电位较高，在温和条件下更容易在液相中还原并与Pt形成合金。此外，Cu在周围环境中的稳定性更高，确保其合金表面不易氧化。我们之前的研究表明，CuPt纳米合金在电催化HER和HzOR中的催化活性显著优于纯Cu或Pt纳米晶体[21,22]。虽然合金化降低了成本，但纳米颗粒的聚集仍然是超细纳米合金面临的关键挑战。由于表面能高，过小的颗粒容易聚集，导致活性位点的不可逆损失、催化活性下降以及长期耐久性降低[23]。
近年来，研究表明基于石墨烯的载体可以显著提高Pt的电催化性能[24]。然而，尽管石墨成本低廉，但其应用仍受高生产成本的限制。水热碳是一种通过水热处理从碳水化合物或富含碳的有机物合成的功能性碳材料，具有丰富的含氧表面基团（羟基、羧基、羰基）。这些特性使其成为出色的电催化剂载体，能够实现活性组分的均匀分散和稳定固定[25]。如果我们将水热碳材料的纳米限制效应与合金的界面应变相结合，这种方法不仅可以有效减缓聚集倾向，还能大幅降低驱动电催化N2H4氧化生成氢所需的操作电位。然而，目前水热碳材料的合成过程仍不尽理想。开发一种温和、可控且可扩展的合金锚定策略对于其工业化应用至关重要。
在本研究中，我们提出了一种一步法合成负载Cu47Pt53纳米合金（C@Cu47Pt53）的中空水热碳纳米球的方法。C@Cu47Pt53进一步被用作N2H4氧化辅助氢析出的双功能电催化剂。所得产品无需二次纯化或修饰，最高温度不超过120°C，适合大规模生产。C@Cu47Pt53纳米合金有效降低了基于Pt的材料的成本。此外，界面处的CuPt纳米合金充分利用了晶格应变效应，实现了HER和HzOR中反应物的平衡吸附和脱附行为。C@Cu47Pt53的中空结构在其内腔和外表面都提供了活性位点。
与固体纳米颗粒相比，中空结构增加了单位质量的比表面积，从而暴露了更多的催化活性位点，缩短了反应物和产物的扩散路径，加快了质量传递速率，最终提高了催化反应的可能性和效率[26]。此外，支撑中空纳米结构的材料在合成和电化学过程中有效防止了界面电催化剂的聚集，从而显著提高了电催化活性和稳定性[[27], [28], [29]]。第三，C@Cu47Pt53中的中空纳米结构表现出优异的稳定性，在电催化过程中能够有效抵御结构波动和机械应力[30]。
