挥发性有机物（VOCs）是大气臭氧与二次PM2.5的重要前驱污染物，甲苯作为典型芳香类VOC，分子结构稳定，实现其低温深度氧化对大气污染防控具有重要现实意义。尖晶石Co3O4是极具应用潜力的非贵金属催化材料，但仍然存在活性位点本征活性不足、氧空位生成困难、抗水汽干扰能力弱等现实瓶颈。针对上述难题，烟台大学环境与材料工程学院公丕军副教授团队活性位点自旋态调控、缺陷工程、晶面-形貌调控等开展系统研究，近期先后在环境化学领域顶级期刊ACS Catalysis（IF：13.6）、Environmental Science & Technology（IF：12.2）以及自然指数期Inorganic Chemistry等发表多篇研究成果，为高性能VOCs净化催化剂的开发提供新思路。
近日，烟台大学环境与材料工程学院公丕军副教授团队在1区Top期刊ACS Catalysis上发表题为《Spin-State Engineering in Ni-Doped Co3O4 Hollow Prisms for Enhanced Toluene Oxidation》的学术论文。该工作提出原子级同晶取代结合形貌工程的综合策略，利用牺牲模板刻蚀重构法制备镍掺杂Co3O4空心棱柱催化剂（Ni-Co3O4-HP）。研究表明Ni可选择性取代尖晶石八面体位点的Co3+，局域配位扰动和Jahn-Teller效应诱导邻近Co3+发生由低自旋向高自旋的自旋态转变，d带中心向费米能级上移，削弱Co‑O键作用，显著降低氧空位形成能，协同氧空位显著提升甲苯低温氧化性能。
该论文以烟台大学为第一单位，公丕军副教授为第一作者兼通讯作者，相关工作得到山东省自然科学基金面上项目及青年项目的资助。
此外，团队在1区Top期刊Environmental Science & Technology上发表题为《Ligand-mediated Cobalt Oxide Nanocatalysts Unlocking Efficient Toluene Oxidation: Facet Engineering and Morphology Control》的学术论文。该工作采用配体介导的晶面-形貌协同调控策略制备四种不同晶面暴露的Co3O4纳米催化剂，系统揭示晶面对甲苯氧化的调控规律；发现暴露{110}晶面的十二面体催化剂具备更低氧空位形成能与更强反应物吸附活化能力，实现优异的甲苯低温氧化与抗水性能，建立了“晶面/形貌→氧空位→吸附能→催化活性”的构效关系。
该论文第一作者为2023级硕士研究生马铭阳，烟台大学为第一通讯单位，公丕军副教授为通讯作者，相关工作得到山东省自然科学基金青年项目的资助。
此外，团队通过A位取代MOF衍生策略制备空心十二面体尖晶石催化剂，实现高自旋Co3+的释放，依托氧空位与Lewis酸性协同提升甲苯氧化效率（Appl. Surf. Sci. 2026, 721, 165364）；同时构筑三维海胆状CoNi/NF整体式催化剂，借助微观结构与氧化还原协同优化VOCs净化性能（Inorg. Chem. 2025, 64, 10302-10312）。
上述论文第一作者分别为2023级硕士研究生马铭阳和2023级硕士研究生张汝涵，烟台大学均为第一通讯单位，公丕军副教授为通讯作者，相关工作得到山东省自然科学基金青年项目的资助。
原链接：
https://doi.org/10.1021/acscatal.6c04725
https://doi.org/10.1021/acs.est.5c14228
https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2025.165364
https://doi.org/10.1021/acs.inorgchem.5c01325
