尿素氧化反应（UOR）对于废水处理、尿素燃料电池以及可再生能源的发展具有重要的意义，因此深入理解其反应机理对于设计高效的UOR催化剂至关重要。以往的研究表明，镍基催化剂涉及电化学氧化机制（EC’），在表面形成的高价态衍生物（例如NiOOH）作为吸附、活性位点，并且可以通过调整其与*COO中间体的结合强度来提高催化剂活性。但是，目前对UOR在催化剂表面上的催化机制仍缺乏更深入的了解。

近日，广州大学刘兆清教授和悉尼大学赵慎龙博士合作，以特殊的层状氧化物LiNiO₂为研究对象，通过阳离子（Li⁺）空位工程引入氧的非键态，并深入探讨了其中涉及的晶格氧参与反应机理（Lattice oxygen involving mechanism，LOM）。

作者采用HRTEM、XRD refinement、XAS等表征手段，并结合DFT理论计算方法从原子层面深入分析阳离子对催化剂晶体以及电子结构的影响。结果表明，由于特殊的层状结构（相邻的LiO₆与NiO₆共享边缘氧原子），阳离子空位会活化共边氧原子，引入氧的非键态，同时相邻Ni原子在电荷歧化的作用下产生高活性Ni⁴⁺。

所合成的催化剂上的尿素氧化的电位比该催化剂的自氧化电位更低，从而避免生成镍基高价态物种，因此表现出更为高效的催化性能以及长达160 h的优异稳定性。

根据上述结果，作者提出了一种涉及晶格氧参与UOR反应的机理（LOM），并比较了其与传统吸附质演化机理（Adsorbate evolution mechanism，AEM）的区别。结合原位傅里叶变换红外（In-situ FTIR）结果，表明暴露在表面的晶格氧会作为尿素分子吸附位点，形成桥连配位（C-O-Ni），使得UOR遵循LOM反应路径。同时，活化共边氧原子能有效降低去质子化能垒，并在热力学上加速N₂脱附。

这项工作展示一种通过晶格氧活化方法提高催化性能的新策略，为利用晶格氧活化设计开发高效和稳定的催化剂提供了指导。