材料科学与工程学院陈泓霓同学相继在Nat. Commun.和Adv. Mater.上发表论文

近日，我校材料科学与工程学院2022级硕士研究生陈泓霓同学在电催化领域取得了系列学术成果，围绕多糖主客超分子氧还原电催化剂的两电子反应机制和异构共价有机框架氧还原电催化剂的四电子反应机制，在《Nature Communications》和《Advanced Materials》期刊分别发表了题为“Host-guest-induced electronic state triggers two-electron oxygen reduction electrocatalysis”和“Regulating the Isomerization Geometry and Energy State of Covalent Organic Frameworks for Enhanced Oxygen Reduction Activity”的论文。陈泓霓同学为以上论文的第一作者，龙晓静教授为独立通讯作者，我校是唯一通讯单位。

电化学氧还原反应（ORR）因其反应环境温和且能利用绿色电力，被视为清洁生产H₂O₂的有效途径。非金属碳基材料虽然具有巨大潜力，但在实现高产物浓度和生产效率方面仍面临挑战。超分子聚合物凭借独特的分子识别能力和动态交联特性，在催化领域潜力巨大。然而，针对高效氧还原制过氧化氢的超分子电催化剂研究较少。因此，设计具有高效选择性和ORR活性的超分子氧还原电催化剂用H₂O₂合成至关重要。

基于这一科学问题，团队实施了一种创新的动态主客体策略，旨在精确调控并合成高性能的超分子电催化剂。具体通过将主客体单元插入到共轭微孔分子骨架中，成功开发出两种新型动态交联的超分子电催化剂。动态可调的分子网络显著增强了这些结构框架内的电荷转移，优化了活性位点的电子结构，影响了主客超分子的本征活性，从而实现了优异的两电子氧还原电催化性能。

此外，共价有机框架（COFs）作为另一类高效催化材料，其构建单元通常由不同元素组成，并且以多变的成键方向和角度连接，形成截然不同的分子构型、堆积方式和不饱和状态，使得仅通过控制单一因素深入探究分子结构与催化活性之间的关系变得极为复杂。

为解决这一问题，该团队进一步提出了一种几何异构化策略，旨在最小化COFs在ORR过程中的旋转势垒能（ΔE）、平均局部电离能（ALIE）和吉布斯自由能（ΔG）。该成果发表于Adv. Mater.期刊，为COF的异构化开拓了全新范式，强调了电荷调节对高效催化的关键作用。

以上工作得到了国家自然科学基金（22375111），山东省自然科学基金（ZR2024JQ037, 2021KJ018）和泰山学者青年人才项目（No. tsqn201909090）的支持。

论文链接：（1）https://www.nature.com/articles/s41467-024-53714-3.

（2）https://doi.org/10.1002/adma.202500063.