他，康奈尔大学博士，一作新发Nature Catalysis！

钴-锰（Co-Mn）尖晶石氧化物是一种有前景的下一代电催化剂，其之前在碱性燃料电池中展示的氧还原反应活性与铂（Pt）相当。尽管它的性能优异，但理解氧还原反应（ORR）中的催化机制对于推进和实现低成本碱性燃料电池技术至关重要。

2025年2月7日，康奈尔大学Andrej Singer、Héctor D. Abruña在国际顶级期刊Nature Catalysis发表题为《Multimodal in situ X-ray mechanistic studies of a bimetallic oxide electrocatalyst in alkaline media》的研究论文，Jason J. Huang为论文第一作者，Andrej Singer、Héctor D. Abruña为论文共同通讯作者。

Jason J. Huang，康奈尔大学博士。2019年毕业于加州大学圣地亚哥分校，导师：刘平教授；2024年获康奈尔大学博士学位，导师：Andrej Singer教授。现已加入Sandia National Laboratories。

在本文中，作者使用多模态原位同步辐射X射线衍射（XRD）和共振弹性X射线散射（REXS）来研究Co-Mn尖晶石氧化物电催化剂的结构与氧化态之间的相互作用。

研究显示，Co-Mn尖晶石氧化物电催化剂表现出动力学受限的立方相到四方相的转变，与Co和Mn价态的降低相关。

此外，在循环伏安法测试中，电催化剂在低电位下表现出可逆且快速增加的拉伸应变。联合密度泛函理论（DFT），研究人员揭示了反应性吸附剂如何诱导尖晶石氧化物纳米粒子中的应变。

图1：原位XRD和REXS实验装置

图2：Co-Mn氧化物在循环伏安法测试中的可逆应变变化

图3：MnCo₂O₄在极端ORR条件下的部分可逆相变

图4：相变过程中Co和Mn的光谱变化

图5：相变的晶体结构和模拟REXS光谱

图6：表面吸附物引起的应变模型

综上，作者通过多模态原位同步辐射X射线衍射（XRD）和共振弹性X射线散射（REXS）技术，研究了Co-Mn尖晶石氧化物在碱性介质中的结构和氧化态变化，揭示了其在氧还原反应（ORR）中的催化机制。

该研究不仅深入理解了Co-Mn尖晶石氧化物在氧还原反应中的催化机制，还为设计更高效、更耐用的低成本燃料电池电催化剂提供了理论依据。

Co-Mn尖晶石氧化物作为一种有前景的下一代电催化剂，其在碱性燃料电池中的应用潜力巨大。通过优化合成条件，有望进一步提高其在氧还原反应中的性能，从而推动低成本碱性燃料电池技术的发展。

Huang, J.J., Yang, Y., Weinstock, D. et al. Multimodal in situ X-ray mechanistic studies of a bimetallic oxide electrocatalyst in alkaline media. Nat. Catal. (2025)