中南大学研究揭示自旋态主导的电合成双氧水选择性

本文以钴酞菁分子模型催化剂为平台，通过外围配体工程实现钴中心自旋态的梯度调控，系统研究了自旋态对电化学氧还原（ORR）制过氧化氢（H₂O₂）选择性的影响。背景方面，传统碳基催化剂结构复杂、配位环境不均一，导致关于自旋态如何影响ORR选择性的研究存在矛盾，亟需结构明确的模型体系进行探究。研究目的旨在厘清自旋态与ORR选择性之间的本征构效关系，排除电子密度、配位结构等因素的干扰。结论表明，高自旋态通过d轨道重排优化*OOH中间体的多轨道杂化，显著提升2e⁻ ORR选择性；其中，羟基修饰的钴酞菁（CoPc−TH）在中性介质中H₂O₂选择性>95%，流动池产率达191.22 mg cm⁻² h⁻¹，且稳定性优异（>40小时）。本研究为高效电合成H₂O₂的自旋优化设计提供了新范式。