新闻网讯 9月30日，集成电路学院王春栋团队在“ACS Catalysis”期刊发表题为“Leveraging Co Spin State in Metal–Organic Frameworks for Efficient Water Oxidation”的研究论文。王春栋为论文唯一通讯作者。

该研究聚焦绿色氢能生产中电解水析氧反应（OER）的催化剂瓶颈，以金属有机框架（MOFs）为基础，通过一步水热法合成了Mn掺杂的钴基MOF催化剂（CoMnFcMOF），配体选用二茂铁基二元羧酸，基底为镍泡沫。

材料表征显示，CoMnFcMOF呈二维层状八面体配位结构，为平均尺寸约600 nm的致密纳米片，Co、Fe、Mn、C、O元素分布均匀，Mn成功掺入且未破坏MOF骨架，同时引入更多氧缺陷。磁学与电子结构分析证实，Mn掺杂使Co从高自旋（HS）态转为中自旋（IS）态，总有效磁矩从3.992μB/f.u.降至1.974μB/f.u.，且二茂铁基团可提升电子传输效率。电催化性能测试表明，碱性条件下，CoMnFcMOF在10 mA·cm⁻²电流密度下过电势仅207 mV，100 mA·cm⁻²时过电势238 mV，显著优于母体CoFcMOF及商用RuO₂，且连续电解200小时活性无明显下降。DFT计算揭示，OER过程中CoMnFcMOF转化为CoNiMnOOH，其表面电子云密度更高、费米能级附近电子密度更大，对水分子吸附更有利，还将O→OOH步骤能垒从0.99 eV降至0.84 eV，加速催化反应动力学。

从学术与应用价值出发，本研究虽为过渡金属基OER催化剂设计提供了“自旋态工程”新范式，但仍有多个方向可进一步拓展，以推动理论深化与实际应用落地。

此项工作是王春栋团队在催化方向的阶段性研究成果。团队长期从事电催化相关探索，近两年来在能源催化材料局域电子调控及反应动力学机制研究方面取得了系统研究成果。