近期，91自拍 杨志峰院士团队马金星教授课题组在NatureCommunications上发表题为“Strain-induced faceting of Ti₄O₇for active chlorine electrosynthesis”的研究论文，博士研究生何宽畅为论文第一作者。

【成果简介】：

活性氯原位合成常用于绿色消毒、氯基化学品合成等领域，传统贵金属析氯阳极由于成本较高、资源依赖性强，限制了其大规模应用。非贵金属亚氧化钛（Ti₄O₇）导电性好、耐腐蚀、析氧电位较高，是潜在替代材料，但其天然（1 −2 0）晶面对Cl⁻吸附活化能力弱，易发生副反应，同时其低对称性晶体结构，难以精准调控形成有利于析氯反应的高活性晶面，成为制约其性能提升的关键瓶颈。

针对此现状，本研究提出“3D打印结构构筑—电场诱导—应变能可控储放”的协同策略。研究识别了3D网格结构、电场作用、应变能释放与晶面取向演变之间的关联关系，分析了Ti₄O₇表面由(1−2 0)晶面向高活性(0 2−2)晶面的定向重构的内在机制。揭示了晶面重构引起的表面活性位点迁移和电子结构优化机制，阐明了高活性晶面对Cl⁻吸附活化选择性提升及副反应抑制的促进作用。实际验证中表现出接近贵金属析氯阳极的活性氯生成速率。流动式反应器中，在单次通过模式、停留时间仅为2.9‒8.9秒时，活性氯生成速率达0.33‒0.35 mg·min⁻¹·cm⁻²（贵金属析氯阳极仅为0.05 mg·min⁻¹·cm⁻²），可用于快速消毒等场景。该成果为非贵金属析氯电极替代贵金属析氯电极、低对称性材料晶面定向调控奠定了重要科学基础，提供了技术新范式。

图1.3D打印和电场作用协同诱导晶面重构示意图

【创新发现点】：

1.提出了基于增材制造技术和电场作用下的应变可控储放策略，实现了低对称性晶体晶面重构；

2.阐明了晶面重构后活性位点的迁移与电子结构优化、氯离子活化选择性提升间的构-效关系；

3.验证了活性氯秒级连续流快速电合成的可行性，展示了非贵金属阳极用于高效电合成的潜力。

【关键图示】：

图2.基于3D打印与电场诱导制备的3D Ti₄O₇-EF及原始Ti₄O₇的结构表征对比

图3.应变可控储放引导的Ti₄O₇晶面重构的机制解析

图4.3D Ti₄O₇-EF、原始Ti₄O₇及商用贵金属析氯阳极（DSA）电化学析氯性能对比

图5.3D Ti₄O₇-EF高效析氯机制分析

图6.装配3D Ti₄O₇-EF流动式反应器的活性氯秒级连续流电合成的可行性验证

【原文链接】：//doi.org/10.1038/s41467-026-75687-1

供稿：马金星

初审：陆丽莹

复审：徐超

终审：解玉磊