Nature Sustainability 2025, DOI: 10.1038/s41893-025-01571-3.
https://www.nature.com/articles/s41893-025-01571-3
綠氫製備中水分解反應的陽極氧氣生成為再生能源應用的關鍵步驟，但其高動力學障礙與對貴金屬的依賴長期限制其技術發展。針對此挑戰，化學系陳浩銘教授與香港城市大學團隊設計出一種新穎的鐵分子催化劑，透過自旋交錯（spin crossover）驅動單核錯合物二聚化為活性雙核錯合物[Fe2(μ-O)(μ-OH)(L1)2]，實現優異的水氧化活性與高穩定性。該分子催化劑於僅需184 mV過電位即可達到10 mA/cm2，並展現超過1000小時的長期穩定性，性能大幅優於大多數現有鐵系催化劑。
本研究關鍵技術之一在於臨場高能解析X光放光光譜的應用。團隊人員首次捕捉到鐵中心自旋態從低自旋（LS）向高自旋（HS）動態轉換的直接證據，此自旋態轉變觸發單核錯合物自發二聚化，形成具活性的[Fe2(μ-O)(μ-OH)(L1)2]核心，並強化金屬中心間的共價性，促進O–O鍵活性中間體的生成並解決分子催化劑一直為人詬病的穩定性問題。
此研究突顯動態自旋態與過渡金屬價電子結構的重要關連性，是推動非貴金屬分子催化劑設計邁向高效、永續之關鍵。臨場高能解析X光光譜技術亦展現其於解析反應中動態電子組態與鍵結結構變化的無可取代性，為未來分子催化劑與綠氫製備提供新視野。
