生物质衍生的木糖电化学氧化（XOR）为甲酸提供了可持续的化学生产和可再生能源整合途径。然而，传统镍基催化剂存在较高的过电位，容易产生活性的 Ni3+ 物种及竞争的副反应，这限制了其可实现的电流密度和选择性。我们设计了碳毡上的共掺杂 Ni（OH）2 纳米阵列，以克服这些限制。该催化剂在 100 mA·cm−2 下 XOR 电位极低，仅为 1.34 V，比氧释放反应低 242 mV，同时提供法拉达效率>92%，并在 250 mA·cm−2 下保持稳定性能。机制研究表明，钴掺杂通过连接氧原子，诱导镍与钴之间的电子转移，形成镍–氧-钴界面单元，作为高效的电子通道，加速电荷转移并降低Ni3+形成的能量障碍。结合超亲水和超怕气纳米阵列架构，确保卓越的质量传输，催化剂实现稳定且高速的性能。本研究阐明了界面电子工程和纳米结构设计在调制反应能中的作用，为高效生物质电氧化提供了有效策略。
总之，我们制造了共掺杂的Ni（OH）2纳米阵列催化剂，用于高效电氧化木糖到甲酸酯。优化后的催化剂可实现在1.34V(vs.RHE)的低电位下实现 100 mA·cm−2 的电流密度，比氧气释放反应所需的电位低 242 mV。在流动电解槽中，催化剂表现出长期稳定性，甲酸酯的法拉达效率超过92%。机制性研究表明钴掺杂具有双重功能。在稳态条件下，它诱导镍向钴的电子转移，有效地预氧化镍位点。在反应过程中，会形成强共价的Co–O–Ni桥键，从而形成快速的电子传递通道。这种协同机制显著降低了产生活性Ni3+的能量障碍，能够在低过电位下进行高度选择性的木糖氧化。此外，催化剂独特的亲水性和超疏气纳米阵列结构确保了高效的质量传输。本研究通过结合界面电子工程与纳米结构设计，为设计高性能生物质电氧化催化剂提供了明确策略。