电催化体系是未来碳中和社会的重要组成部分，它可以利用可再生能源的绿色电能高效地实现能源和物质的转化。目前大部分电催化体系使用强酸或强碱环境来提高导电性和反应速率。然而，在诸如电催化二氧化碳还原，微生物电解以及部分电有机合成应用中需要相对中性的反应环境来维持反应的稳定性，而其中中性析氧反应是重要的半反应。目前，中性析氧反应具有相比于酸性和碱性更慢的反应动力学，其主要原因来自于1) 质子耦合电子转移所需的质子转移速率较低；2) 反应产生局部偏酸性环境导致催化剂选择受限；3) 水分子之间形成的巨大氢键网络导致水分子难以活化。

针对这些问题，近日复旦大学龚鸣青年研究员课题组与华东理工大学练成研究员课题组合作发现在中性电解液中同时引入硼酸根离子(Bi-)和氟离子(F-)，可改变电极/电解液界面微环境形成分级离子排列结构，进而显著提升中性析氧反应(OER)性能。研究发现使用易合成的Co(OH)₂催化剂时，使用F-:Bi- =1.5:0.4的比例可产生强协同效应，比单阴离子添加的情形活性可提高接近一个数量级。在高载量Co(OH)2的电极上可在1.791 V vs. RHE的电位下电流密度可达100 mA/cm²，并能够实现14天的稳定运行。反应动力学测试、探针辅助原位拉曼光谱以及分子动力学模拟证明F-会打破水的氢键网络，使得Bi-更靠近电极表面，处于内亥姆霍兹层，而F-会处于离电极较远的外亥姆霍兹层，形成分级离子排列结构。这种结构能够强化局部电场并加速电极表面的质子转移，从而提高了中性析氧反应的活性。该研究不仅为电催化复杂界面结构的设计和优化提供了新的视角和思路，而且为更为高效的中性电催化过程提供了更多的可能性。

这一研究成果以“Hierarchical anions at the electrode-electrolyte interface for synergized neutral water oxidation”为题发表于Chem。柳桃、陈育新、郝雅鸣为论文共同第一作者，复旦化学系龚鸣青年研究员和华东理工大学练成研究员为共同通讯作者。该研究得到上海市科技创新行动计划碳达峰碳中和专项(21DZ1207800), 国家重点研发计划(2019YFC1604602)，国家自然科学基金(22172036，22078088)的支持。

       全文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2451929422003175?via%3Dihub