近日，物理与光电工程学院物理学系孟辉教授团队在物理学 Top 期刊《Applied Physics Letters》（APL）上发表了题为“Topologically Transformed CoSe2 for Enhanced Ethanol Electrolysis in High-Efficiency Water Splitting and Zinc-Ethanol-Air Batteries”的研究论文，是该团队在物理学 Top 期刊《Applied Physics Letters》发表的第四篇论文。该研究通过拓扑学转化等先进技术手段，调整了材料3d轨道的能级，进而优化了对反应中间产物的吸附能力。本科生赖昕为论文第一作者，孟辉教授及王楠副教授为共同通讯作者，暨南大学物理学系为第一单位。
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随着科技水平的进步、全球能源转型的加速推进，人们对于更高效更环保的燃料有了更高的需求。在这一背景下，氢气作为一种高热量且完全绿色的能源得到了广泛的关注。然而氢气生产作为阻碍氢能产业发展的瓶颈，其中的阳极反应析氧反应（OER）因为其热力学平衡电位较高（1.229 V vs. SHE）所导致的缓慢的动力学而令人不是很满意。如今的商业催化剂多为贵金属如Pt等，虽催化效果良好但由于其高昂的价格以及有限的稳定性迫使人们不得不去寻找一种高效的非贵金属催化剂。
钴基催化剂作为一种催化效果良好且价格低廉的非贵金属催化剂被广泛运用于电化学乙醇氧化反应EOR（OER的替代反应）中，然而目前的钴基催化剂仍存在催化过程不稳定、催化机理不明确等问题。通过拓扑学转化的方式，可以对配位环境进行精确可控的调节，通过调节催化剂CoSexOy-200的自旋态得到更强的反应动力学、更低的电荷转移电阻与更好的长期稳定性。基于CoSexOy-200优秀的EOR性能，该催化剂还被运用到了可充电锌-乙醇-空气电池当中。与传统锌-空气电池相比，改良后的电池充电电位与整体充放电电压窗口均有不同程度的降低。
CoSexOy-200催化剂的成功开发、不仅为制氢技术提供了一种高效、低成本的非贵金属替代方案，还为理解催化过程中催化剂与中间产物的相互作用提供了一些见解。这一研究成果有望推动可再生能源制备技术的进一步发展，助力推动能源清洁的进一步转型。
a为拓扑学转化过程的示意图、b为m-CoSeO3与重组CoSe1-xO3-n的dx2-y2轨道的理论见解与轨道能级图解
本次研究工作得到了国家自然科学基金以及广东省基础与应用基础研究基金项目的资助。
论文链接：https://doi.org/10.1063/5.0272938
图文：王楠
校对：陈科球
初审：黄晶晶
终审：幸江涛