優(yōu)化過渡金屬氧化物的催化性能實現(xiàn)高效電解水，是當前能源化學領域的一個研究難點；調控電子強關聯(lián)過渡金屬氧化物的自旋態(tài)，是凝聚態(tài)物理領域的一個經(jīng)典課題。當二者相遇，是否會碰出“火花”？近日，中國科學技術大學周仕明課題組、曾杰課題組與南開大學胡振芃課題組密切合作，在鈣鈦礦鈷氧化物中為它們創(chuàng)造了相遇機會并成功捕獲到它們碰撞出的“火花”。相關成果發(fā)表在5月17日出版的《自然·通訊》上（Nature Communications 7, 11510, 2016）。

　　研究表明，過渡金屬氧化物的電解水催化性能與其晶體結構及電子結構密切相關。特別是對具有鈣鈦礦結構的過渡金屬氧化物而言，電催化產(chǎn)氧性能與其過渡金屬離子的3d電子中eg軌道有效填充數(shù)緊密相連。當eg軌道的有效電子填充約為1.2時，其催化性能達到最好。作為一種典型的電子強關聯(lián)體系，鈣鈦礦過渡金屬氧化物往往呈現(xiàn)出各種奇特的電子序態(tài)，其晶格、電荷、自旋和軌道各自由度之間相互關聯(lián)。并且，這些自由度之間的相互作用在能量上相當，其電子態(tài)易受到各種外加場如磁場、電場、溫場、壓力場等影響，因而表現(xiàn)出電子態(tài)的外場可控性，這為研究人員調控鈣鈦礦過渡金屬氧化物的電子態(tài)提供了思路。

　　基于此，周仕明課題組、曾杰課題組和胡振芃課題組通力合作，在LaCoO3體系的自旋態(tài)轉變與電解水催化性能優(yōu)化之間搭上了橋梁。通過改變LaCoO3納米顆粒的尺寸，研究人員能夠精細控制其自旋態(tài)轉變行為，成功實現(xiàn)了Co離子eg軌道有效電子填充數(shù)從1.0到1.3的調控。特別是當顆粒尺寸在約80 nm時，其eg軌道電子數(shù)約為1.2，此時產(chǎn)氧催化性能達到了最優(yōu)，并與其他報道的具有eg1.2電子組態(tài)高效催化劑的性能相當。

　　同行評議對該工作給予了高度評價，認為“該工作委實有趣，采用的調控催化性能策略簡單明了，為通過改變材料的電子結構進而優(yōu)化其電解水催化性能提供了新的思路”。

　　該研究得到了國家重大科學研究計劃、國家自然科學基金等項目的支持。

LaCoO3體系的電催化產(chǎn)氧性能