调节FeN4结构的自旋态对于增强电催化氧还原反应（ORR）至关重要。近日，北京师范大学孙根班合成了Ti4N3Clx和Ti4N3Ox-MXenes，并用酞菁铁（FePc）官能化，分别形成具有FeN4-Cl-Ti和FeN4-O-Ti结构的模型催化剂。
本文要点：
1) 在Ti4N3Clx/FePc复合材料中形成的FeN4-Cl-Ti结构能够精确地将FeN4自旋态从低自旋调节到中等自旋，从而显著提高ORR性能。相比之下，Ti4N3Ox/FePc中的FeN4-O-Ti结构显示出较弱的自旋态调节，导致相对较低的ORR活性。
2) 与FePc和Ti4N3Ox/FePc相比，Ti4N3Clx/FePc表现出优异的电化学性能，ORR半波电位为+0.91 V，并且锌空气电池的功率密度翻了一番（214.5 mW cm-2）。理论研究发现，Ti4N3Clx/FePc中弱场配体修饰FeN4-Cl-Ti结构诱导的中间自旋态有助于电子填充由Fe 3dz2和O 2π*轨道组成的反键轨道，从而大大增强了O₂活化和ORR活性。
Shuren Zhang et.al Regulating Fe Intermediate Spin States via FeN4-Cl-Ti Structure for Enhanced Oxygen Reduction Adv. Energy Mater. 2024
DOI: 10.1002/aenm.202403899
https://doi.org/10.1002/aenm.202403899
