曲率应变诱导的电子自旋效应在d轨道中的作用，用于锌-空气电池中的氧还原反应

《Nano Letters》：Curvature Strain-Induced Electron Spin Leveraging in d Orbitals toward Oxygen Reduction for Zn–Air Batteries

铁酞菁（FePc）因平面四氮配位结构阻碍O-O键活化，导致氧还原反应（ORR）动力学缓慢。本研究采用具有正高斯曲率的缺陷丰富氮掺杂碳纳米洋葱（CNO）作为支撑，通过几何畸变促使Fe自旋态从低自旋（LS, t2g^6 eg^0）向中间自旋（IS, t2g^5 eg^1）转变，增强d-p轨道耦合效应，削弱氧中间体过吸附，显著提升碱性介质中FePc/CNO的ORR活性。其组装的Zn-Air电池展现出优异的电化学性能，证实该催化剂在能源领域的应用潜力。

　　

铁酞菁（FePc）由于其明确的FeN₄活性位点，在氧还原反应（ORR）中作为一种有前景的非贵金属催化剂而备受关注。然而，其刚性的平面四方结构阻碍了O═O键的活化及断裂，导致ORR反应动力学较为缓慢。在此，我们引入了掺氮且富含缺陷的碳纳米洋葱（CNO）（具有正高斯曲率）作为载体，以诱导FePc的几何结构发生畸变，从而提高其ORR活性。磁学测量和理论计算表明，CNO的引入有效促进了Fe离子的自旋态从低自旋（LS，t_2g⁶ e_g⁰）转变为中等自旋（IS，t_2g⁵ e_g¹），这使得电子能够填充π*轨道（通过d–p轨道耦合），进而减弱了氧化中间体在FeN₄位点上的过度吸附。制备的FePc/CNO电催化剂在碱性介质中表现出优异的ORR性能。此外，基于FePc/CNO的Zn–空气电池也展现了出色的性能，证明了其在实际能源应用中的潜力。