纳米珠阵列的协同自旋态调控与曲率驱动电场增强效应，用于高效氯气演化反应

《Advanced Functional Materials》：Synergistic Spin-State Regulation and Curvature-Driven Electric Field Enhancement of Nanobead Arrays for High-Efficiency Chlorine Evolution Reaction

氯析出反应催化剂开发：通过溴功能化钴三氧化四纳米球阵列的构建，利用自旋态调制和曲率结构工程协同作用，实现46mV超低过电位和高选择性（>98%），突破传统DSA催化剂性能瓶颈。

　　

摘要

开发基于非贵金属的氯释放反应（CER）催化剂，使其具有优异的内在活性、良好的动力学性能和高电流效率，仍然是一个关键挑战。在本研究中，制备了溴功能化的Co₃O₄纳米珠阵列（Br-Co₃O₄-NBAs），通过自旋态调制与曲率驱动的结构工程的协同作用，展现了卓越的CER动力学性能和选择性。引入溴物种和曲率缺陷可以减弱晶体场分裂能，从而形成高自旋态催化剂中心，促进电子转移和中间产物的吸附。此外，高曲率结构通过两种机制显著提升了电催化性能：一方面，它驱动界面局部近场电场，实现Cl^?的定向富集；另一方面，降低气泡吸附能量障碍，加速气体脱附。因此，优化后的Br-Co₃O₄-NBAs在10 mA cm^?2的电流密度下实现了46 mV的超额电位，并在宽广的操作范围内（pH 2–7，NaCl 0.5–5 M）保持了98%以上的CER选择性，优于商用DSA催化剂。反应机理研究表明，高自旋态Co中心与增强曲率电场之间的协同作用优先激活了Krishtalik途径，将反应的速率决定步骤转移到了Volmer吸附过程。这项工作实现了自旋态调制与纳米曲率工程的多尺度整合，用于设计具有更高活性和选择性的氯释放电催化剂。

利益冲突

作者声明不存在利益冲突。