近日，温州理工学院机器人工程学院胥加青副教授与南京大学刘力哲研究团队和杭州电子科技大学龙丽媛副教授合作，在酸性电解水析氧反应中取得重要进展。该团队通过有序的氧原子编辑策略调控反应活性位点之间的电子交换相互作用形式，提升酸性析氧反应活性，最终在实际电解水反应器中表现出优异的催化活性和结构稳定性。该研究成果以 “Topology-Sensitive Spin-Selecting Super-Exchange Interactions at Half-Antiperovskites with Orderly-Oxidized Semimetals for Acidic Water Oxidation” 为题发表于材料领域国际顶级学术期刊《Advanced Materials》（最新影响因子IF = 27.4）上。《Advanced Materials》由Wiley出版社出版，是化学与材料学“三大顶刊”之一，是国际材料研究领域非常具有影响力的顶级学术期刊。这是机器人工程学院首次在该杂志上发表论文，我院胥加青副教授是该论文的第一通讯作者。

催化剂的电解水能力很大程度上依赖于对其物理和化学特性的调控。传统的缺陷、空位或非晶化等调控策略虽能通过增加活性位点数量、优化局部的电子结构在一定程度上提高析氧反应活性，但同时会不可避免的造成催化剂晶体对称性的破坏，降低催化剂的电化学稳定性。如何在催化剂设计中同步提升反应活性和结构稳定成为调控析氧反应动力学的核心科学问题。在本工作中，该团队以拓扑敏感的半反钙钛矿为研究对象，通过调制非平庸的Kagome晶格对称性改变磁性自旋交换相互作用形式，使得Ni2CoIn2S2表现出优异的电子传输能力和电化学活性及稳定性。在该研究体系中，该团队创新性地采用交变磁场激励策略，有序地锚定桥位氧原子改变晶格对称性，使得反应位点之间从面内直接交换作用转变为面外间接交换相互作用，诱导反应位点呈现高自旋占据态，从而优化内亥姆霍兹层内电子迁移能力，提升活性位点与反应物之间电荷转移及轨道相互作用，最终获得优异的酸性析氧活性和电化学稳定性。

图1 催化剂的设计原理

图2 催化剂的结构表征

图3 反应位点间的交换相互作用

图4 酸性析氧能力测试

通过系统的实验和理论研究，研究团队发现利用交变磁场进行有序氧化策略可以大幅提升催化剂活性和稳定性，为新型酸性析氧催化剂设计提供了新的研究思路。

原文链接：https://doi.org/10.1002/adma.202504280