电解水制氢被视为获取绿色氢能的关键技术路径之一。传统电解水过程在阳极发生的析氧反应动力学缓慢、过电位高，成为制约整体能量转换效率的主要瓶颈。将阳极析氧反应替换为更具经济价值的有机物氧化反应或小分子转化反应，构建“电解水制氢耦合氧化”体系，成为研究热点。其中，层状双金属氢氧化物因其独特的结构和可调变的物化性质，在该领域展现出巨大潜力。本文旨在综述基于层状双金属氢氧化物的电解水制氢耦合氧化研究的最新进展。

一、LDHs材料的结构特性与优势

层状双金属氢氧化物是一类阴离子型层状材料，其主体层板由二价和三价金属阳离子通过共边八面体结构形成，层间存在可交换的阴离子和水分子。这种结构赋予了LDHs诸多优势：1) 金属离子种类与比例高度可调，便于优化活性位点的电子结构；2) 层板暴露丰富的活性位点，且易于进行插层、剥离等改性，增大比表面积；3) 良好的化学稳定性和离子交换能力。这些特性使其成为设计高效双功能电催化剂的理想平台，既能催化阴极析氢反应，也能驱动阳极的各类氧化反应。

二、HER耦合有机物氧化反应研究进展

利用LDHs催化剂，研究者成功将阳极反应替换为醇类、醛类、尿素、生物质衍生分子等的氧化反应。例如，以NiFe-LDH作为阳极催化剂，在电解水制氢的可将乙醇、甘油等高效氧化为附加值更高的羧酸类产物。此类反应的热力学电位通常远低于析氧反应，从而在相同产氢量下显著降低槽压，节约电能。研究重点集中于通过调控LDHs的组分（如引入Co、Mn、V等）、制造缺陷、构建异质结构或制备纳米片阵列，以提升其对本征活性与选择性。

三、HER耦合小分子氧化反应研究进展

除了有机物，一些含氮、硫小分子的氧化也被广泛研究。其中，尿素氧化反应因其电位低、且能处理含尿素废水而备受关注。NiCo-LDH、NiMn-LDH等材料在该反应中表现出优异性能。类似地，联氨氧化、硫化物氧化等反应也展现出应用前景。这些研究不仅降低了制氢能耗，还为环境治理提供了新思路，实现了“氢能生产-污染物降解”的协同。

四、机理研究与性能提升策略

深入理解催化机理是设计高性能催化剂的基础。通过原位光谱技术和理论计算，研究揭示了LDHs在耦合氧化反应中的活性中心演化过程（如金属位点的氧化态变化）及反应路径。性能提升策略主要围绕：1) 增强活性位点的本征活性，通过掺杂、缺陷工程调节电子结构，优化反应中间体的吸附能；2) 增加活性位点数量，通过纳米结构工程暴露更多边缘位点；3) 改善传质与电荷传输，构建三维导电网络或与碳材料复合。

五、挑战与展望

尽管基于LDHs的电解水制氢耦合氧化研究取得了显著进展，但仍面临一些挑战：1) 大多数氧化反应产物的选择性仍需进一步提高，避免过度氧化；2) 催化剂在复杂反应介质中的长期稳定性有待加强；3) 从实验室小规模测试到实际器件集成，仍存在材料规模化制备与系统优化问题。未来研究可能更多聚焦于：设计具有明确活性中心的LDHs基单原子催化剂；开发膜电极组装器件，进行实际条件下的性能评估；探索将二氧化碳还原、硝酸盐还原等阴极反应与阳极氧化耦合，构建更丰富的能量转化-物质合成体系。

基于LDHs的电解水制氢耦合氧化技术，通过用高价值氧化反应替代析氧反应，为降低绿氢生产成本、实现综合能源-化工联产提供了富有前景的方案。随着对LDHs材料构效关系及耦合反应机理的持续深入，该领域有望在自然科学研究和试验发展的推动下，加速走向实际应用。