晶相调控高熵钙钛矿氧化物实现高自旋态工程以配对电化学硝酸盐还原与硫离子氧化

来自某研究团队的研究人员针对高效双功能电催化需求，通过晶相调控策略开发了立方相高熵钙钛矿氧化物LaB5O3（B=Fe,Cu,Co,Cr,Ni）。该材料通过稳定Fe2+/Fe3+高自旋态显著提升硝酸盐还原（NO3RR）性能（NH3法拉第效率95.83%），同步实现高效硫离子氧化（SOR，过电位仅0.484 V）。构建的配对电解槽在1.079 V低电压下同步完成硝酸盐转化与硫回收，为水处理中氮固定与硫回收提供了新方案。

　　

通过晶相调控实现高熵钙钛矿氧化物的高自旋态工程，成功应用于配对电化学硝酸盐还原与硫离子氧化反应。高熵材料凭借晶格畸变、组分复杂性和熵稳定效应展现出独特催化优势。本研究报道了一种晶相工程构建的立方相高熵钙钛矿氧化物LaB₅O₃（B位为Fe、Cu、Co、Cr和Ni），其通过从正交相向立方相的结构转变调控B位金属自旋态，特别稳定了Fe²⁺/Fe³⁺的高自旋态，增强电子密度与硝酸盐吸附能力。该材料在硝酸盐还原反应（NO₃RR）中实现95.83%的氨法拉第效率（FE）（-0.7 V vs. RHE），且亚硝酸根副产物极少（FE<2%）。同时表现出优异的硫离子氧化反应（SOR）活性，在10 mA cm^-2电流密度下仅需0.484 V过电位，远低于析氧反应（OER）需求。构建的配对电解系统在1.079 V低槽压下同步实现硝酸盐向氨的转化（最高FE达81.27%）和硫化物向单质硫的转变。该卓越性能源于高熵设计的协同效应，包括增强的氧空位形成、晶格应变和铁电特性。本研究展示了晶相工程在高熵氧化物中应用于可持续固氮和水处理硫回收领域的巨大潜力。

（作者声明无利益冲突）