航空工程学院高嵩博士团队在氧化物电催化剂"结构平衡"设计方面取得新进展

面向双碳战略背景下绿色化工的转型升级需求，高效电催化材料的理性设计已成为能源化学领域的前沿课题。金属氧化物因其可调控的电子结构和丰富的表面化学性质，在电催化领域展现出巨大潜力，但其固有矛盾长期制约着性能突破：提高结晶度可增强导电性，却不可避免地牺牲催化必需的缺陷活性位点；保留高缺陷密度虽有利于中间体吸附，却导致电荷传输受阻。如何在长程有序与局域无序之间寻得最优平衡，是氧化物催化剂设计的核心难题。对此，高嵩博士团队以氧化铟(In2O3)为模型体系，提出了一种结构平衡（structural equilibration）的催化剂设计新范式。图1 In2O3-300/4催化剂的微观结构表征该研究创新性地构建了碳载In2O3复合体系，利用原位碳化的导电网络为氧化物提供稳定的电荷传输通道，从而将退火调控的焦点从导电性优化转向表面结构精细调控。通过系统研究不同退火条件下In2O3的结晶度、氧空位浓度及表面铟位点路易斯酸性的协同演化规律，团队发现催化性能并非随结晶度单调提升，而是在300 ℃退火4小时的中间态达到峰值—此时In2O3兼具足够的晶态有序性以保证结构完整性，又保留了高浓度的定制化氧空位和优化的In活性位点，形成了对*OOH中间体吸附能最优化的表面电子构型。该催化剂在流动电解池中于250 mA cm-2高电流密度下实现了44.7±3.0 mol gcat⁻¹ h⁻¹的H2O2产率，法拉第效率超过85%，且经27小时连续运行后活性未见衰减，综合性能位居同期报道体系前列。图2 In2O3-300/4催化剂的电催化性能与文献对比研究结果以论文形式发表于《Journal of Colloid and Interface Science》，题目为Structural equilibrium in indium oxide enables high-performance electrocatalytic hydrogen peroxide synthesis。高嵩博士为该论文的第一作者。《Journal of Colloid and Interface Science》是胶体与界面科学领域的国际权威学术期刊。该研究得到了国家自然科学基金项目的资助。原文链接：https://doi.org/10.1016/j.jcis.2026.141153