近日，物理与光电工程学院（理工学院）物理学系孟辉教授团队的本科生谭炫在物理学Top期刊Applied Physics Letters（APL）上发表以“Ni-Incorporated CoFe Prussian Blue Analog: Synergizing Ni Active Sites and Spin-State Modulation for Efficient Ethanol Oxidation”为题的研究论文。该研究通过将镍（Ni）引入钴铁基普鲁士蓝类似物（PBA）中，巧妙结合自旋态调控与双活性位点协同机制，优化了对反应中间产物的吸附能力。王楠副教授为共同通讯作者，暨南大学为第一完成单位。

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普鲁士蓝类似物（PBA）因其组成可调、结构开放，在电催化中备受关注。然而，以往针对Ni/Co/Fe基PBA用于醇氧化的研究，多集中于组成调控、形貌优化或缺陷工程，缺乏对金属中心自旋态构型与催化活性之间内在关联的深入理解。近年来，自旋态工程被证明能有效调控活性位点的电子结构，但如何将其与多金属协同机制结合，仍是一项重大挑战。

该研究跳出传统“组分-形貌”优化模式，首次将自旋态调制与双活性位点设计相融合。研究团队以钴铁基普鲁士蓝类似物（Co3Fe PBA）为基底，通过部分引入Ni离子，合成了具有空心立方结构的NiCo2Fe PBA催化剂。将NiCo2Fe PBA应用于乙醇氧化反应（EOR）中，表现出优异的催化活性与稳定性，仅需1.30 VRHE即可达到10 mA cm^-2的电流密度，远优于多数已报道的非贵金属催化剂（>1.34 VRHE）。实验与理论计算共同揭示了两大协同效应：

1.自旋态优化：Ni的掺入诱导钴（Co）从低自旋态向中等自旋态转变，同时使Co和Fe的d带中心下移，从而优化了对反应中间体的吸附/脱附平衡，避免催化剂中毒，并加速反应动力学。

2.新活性位点的引入：Ni不仅作为电子调控中心，更直接参与催化过程——在乙醇氧化至乙酸的四电子路径中，从*OCHCH3到*OCCH3的脱氢步骤为整个反应的决速步，而Ni位点上的能垒（1.64 eV）显著低于Co（2.49 eV）和Fe（2.19 eV），证明Ni是真正的催化活性中心。

（a）NiCo₂Fe PBA的合成路径示意图。（b）NiCo₂Fe PBA中Co与EOR反应中间体之间键合过程的示意图。（c）NiCo₂Fe PBA中不同催化位点的吉布斯自由能图。

该研究不仅为普鲁士蓝类似物基催化剂的设计提供了“自旋态-活性位点”双维调控的新范式，也为开发新一代高效电解水技术及金属-空气电池提供了可行路径。该工作得到国家自然科学基金、广州市科技计划、暨南大学大学生创新创业训练计划和暨南大学“挑战杯”等学生课外学术科技创新创业竞赛项目的支持。

论文链接：https://doi.org/10.1063/5.0250382

图文：谭炫

校对：杨嘉琳

编辑：叶翠瑶

初审：肖艳芳

复审：孙玉环

终审：黄睿