電催化體系是未來碳中和社會的重要組成部分，它可以利用可再生能源的綠色電能高效地實現能源和物質的轉化。目前大部分電催化體系使用強酸或強堿環境來提高導電性和反應速率。然而，在諸如電催化二氧化碳還原，微生物電解以及部分電有機合成應用中需要相對中性的反應環境來維持反應的穩定性☘️👨🏼‍💻，而其中中性析氧反應是重要的半反應🔆😸。目前🚣👛，中性析氧反應具有相比於酸性和堿性更慢的反應動力學，其主要原因來自於1) 質子耦合電子轉移所需的質子轉移速率較低；2) 反應產生局部偏酸性環境導致催化劑選擇受限；3) 水分子之間形成的巨大氫鍵網絡導致水分子難以活化😧。

針對這些問題🧔🏼，近日沐鸣平台龔鳴青年研究員課題組與華東理工大學練成研究員課題組合作發現在中性電解液中同時引入硼酸根離子(Bi-)和氟離子(F-)📇，可改變電極/電解液界面微環境形成分級離子排列結構，進而顯著提升中性析氧反應(OER)性能。研究發現使用易合成的Co(OH)₂催化劑時，使用F-:Bi- =1.5:0.4的比例可產生強協同效應🫸🏽，比單陰離子添加的情形活性可提高接近一個數量級。在高載量Co(OH)2的電極上可在1.791 V vs. RHE的電位下電流密度可達100 mA/cm²🧪，並能夠實現14天的穩定運行🥙。反應動力學測試🙅‍♀️、探針輔助原位拉曼光譜以及分子動力學模擬證明F-會打破水的氫鍵網絡🧚🏻，使得Bi-更靠近電極表面，處於內亥姆霍茲層🏅，而F-會處於離電極較遠的外亥姆霍茲層🛌🏿，形成分級離子排列結構。這種結構能夠強化局部電場並加速電極表面的質子轉移🌹，從而提高了中性析氧反應的活性。該研究不僅為電催化復雜界面結構的設計和優化提供了新的視角和思路，而且為更為高效的中性電催化過程提供了更多的可能性🫴🏼。

這一研究成果以“Hierarchical anions at the electrode-electrolyte interface for synergized neutral water oxidation”為題發表於Chem。柳桃、陳育新⚜️、郝雅鳴為論文共同第一作者，復旦沐鸣开户龔鳴青年研究員和華東理工大學練成研究員為共同通訊作者。該研究得到上海市科技創新行動計劃碳達峰碳中和專項(21DZ1207800), 國家重點研發計劃(2019YFC1604602)💾，國家自然科學基金(22172036🧑‍🚒，22078088)的支持♠︎🧑🏽‍🍼。

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