［本站讯］近日，化学与化工学院张进涛教授团队围绕能源界面电化学方向的基础研究迎来节点性突破，在国际顶级期刊Journal of the American Chemical Society（JACS）与Angewandte Chemie International Edition（Angew. Chem. Int. Ed）发表系列研究成果。相关研究聚焦于揭示和重构电极界面电子态，系统阐释了如何通过电子态空间分布、能级调控与动态响应实现催化活性、选择性与稳定性的本质提升。

电催化反应的本质是一个界面电子态主导的动态过程，涉及反应物的吸附、活化、中间体的转化与产物的释放。界面电子态不仅决定反应路径与能量势垒，还深度影响电子-质子的协同转移效率。尤其是由中间体诱导产生的陷阱态与瞬态通道，构成了调控催化动力学与选择性的关键因子。因此，如何在多尺度上精准调控界面电子态，成为实现电催化性能跃升的核心科学问题。在发表于JACS的研究中，张进涛教授与王俊教授合作提出了“双d带中心协同调控”新策略，有效突破了传统d带理论在磁性体系中对界面电子结构描述的局限。研究构建了磷掺杂二硒化钴负载于氮掺杂碳骨架的复合正极材料（P–CoSe₂@NC），实现了优异的循环稳定性与反应可逆性。微观结构分析表明，磷掺杂诱导晶体表面应力驱动双d带中心在不同晶面产生方向相反的迁移趋势。这种“增强–削弱”协同机制精准实现了跨晶面方向的吸附强度优化，显著提升了催化剂的整体电催化效率与反应选择性。该策略不仅完善了磁性体系中d轨道电子态的理论框架，也为电催化多晶面调控提供了新的结构-性能设计思路。论文第一作者为博士研究生张一鸣和赵兰玲副教授（论文链接：https://doi.org/10.1021/jacs.5c03061）。

图1双d带中心协同调控可逆电催化

发表于Angew. Chem. Int. Ed的研究工作中，团队将界面电子态调控理念延伸至宏观腐蚀过程的重新构建，提出了“去电子驱动的宏观腐蚀电池体系”设计思路。该体系从牺牲阳极的阴极保护机制出发，打破传统腐蚀过程中电子能耗散与原子利用率低的瓶颈，实现界面电子迁移的空间解耦与功能整合。通过构建电子通道与反应位点的耦合网络，实现电子迁移的空间解耦与功能重组，成功将阳极金属的去电子过程与MOFs沉积、析氢、氧还原等多反应路径耦合，达到近乎100%的电子与原子转化效率。该研究不仅拓展了腐蚀工程的研究边界，也为高效合成MOFs材料与电化学能量转化的耦合设计提供了新平台。论文第一作者为学院青年教师王月青（论文链接：https://doi.org/10.1002/anie.202507722）。

图2 基于界面电子重构的电化学功能化设计

此前，围绕分子尺度的电催化界面调控方面，团队在Angew. Chem. Int. Ed发表了两篇研究论文，进一步发展了基于芳香配体定向组装的原子级分散Ni分子催化剂构筑方法。通过调控π–π堆叠诱导的电子重排行为，实现了催化剂表面Ni³⁺–OOH暂稳态活性位点的精准构建与可逆重构。该暂稳态位点在碱性条件下展现出对C–C/C–H键选择性断裂的高度活化能力，显著提升了有机分子电氧化的反应速率与选择性。原位谱学与密度泛函理论（DFT）计算表明，芳香配体诱导的局域电荷再分布有效调控了Ni中心的氧化态与配位环境，揭示了配位微环境如何通过电子态重构调控反应路径，建立了“配位微环境–电子结构–催化性能”的构效关系新模型。论文第一作者为博士后杨成栋博士（论文链接：https://doi.org/10.1002/anie.202509377）。

图3 基于配位微环境调控的电催化氧化

同时，团队提出了以甲脒碘调节碘离子的溶剂化结构，有效解决了碘基电池中多碘化物易迁移、腐蚀锌负极等界面问题。甲脒碘分子的引入显著影响了I⁻与溶剂分子之间的相互作用，调控界面溶剂化壳层结构，抑制了可溶性多碘化物的形成与迁移，降低其对锌负极的交叉穿透与副反应风险。该策略不仅有效减少了中间体积累引发的电极失活，还有助于提升电池的充放电效率与循环稳定性，展现了分子尺度界面调控在高效电化学能量存储体系中的广泛适用性与前沿性。论文第一作者为博士研究生商文硕（论文链接：https://doi.org/10.1002/anie.202415589）。

图4基于有机碘溶剂化结构调控的可逆电化学转化

综上，这一系列研究结合界面电子态多维调控的理论框架，提出了双d带中心协同调控的新范式，将界面电子状态动态演化机制用于宏观腐蚀体系与分子级催化剂的构建，显著推动了电催化的机制深化与功能拓展。这些成果得到国家自然科学基金、山东省杰青基金、泰山学者计划的大力支持。