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徐梽川教授Angew.：多疇與單疇，磁場(chǎng)不是促進(jìn)自旋極化水氧化的必要條件

在外加磁場(chǎng)作用下，鐵磁體（ferromagnetic, FM）催化劑可以增強(qiáng)自旋極化析氧反應(yīng)（OER）的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。然而，施加磁場(chǎng)需要額外的能量消耗，并為電解槽的設(shè)計(jì)帶來(lái)困難。

基于此，新加坡南洋理工大學(xué)徐梽川教授等人報(bào)道了沒(méi)有外加磁場(chǎng)時(shí)，具有極化磁疇結(jié)構(gòu)的單疇FM催化劑比多疇FM催化劑具有更好的自旋極化OER性能。比較單疇和多疇Fe₃O₄核時(shí)，核-殼型Fe₃O₄@NiOOH催化劑也表現(xiàn)出相同的pH依賴性變化。結(jié)果表明，提高FM催化劑的OER不需要外加磁場(chǎng)。

通過(guò)DFT計(jì)算，作者研究了表面吸附的氧自由基的自旋構(gòu)型。在OER下，CoFe₂O₄表面被氧終止。對(duì)于CoFe₂O₄(111)晶體平面圖和自旋分布圖，所有氧原子都具有與Co原子相同的自旋構(gòu)型（自旋向上），因此表面吸收的氧自由基具有與金屬位點(diǎn)相同的自旋構(gòu)型。DFT結(jié)果表明，單疇FM催化劑上表面吸附的氧自由基具有平行自旋構(gòu)型的事實(shí)。

通過(guò)研究相鄰的兩個(gè)M-O?氧自由基在O-O耦合過(guò)程中的軌道構(gòu)型發(fā)現(xiàn)，未配對(duì)的O Pπ電子處于平行自旋方向，可在交換效應(yīng)下穩(wěn)定自旋方向。為使O₂在基態(tài)翻轉(zhuǎn)，兩個(gè)自旋方向平行的電子應(yīng)填滿π*反鍵軌道，然后在σ*中移除一對(duì)電子形成O=O鍵。該途徑避免了任何自旋翻轉(zhuǎn)步驟，有利于低動(dòng)能勢(shì)壘。

因此，優(yōu)化自旋動(dòng)力學(xué)的單疇催化劑表現(xiàn)出更好的OER性能。在費(fèi)米區(qū)附近，對(duì)比Fe 3d軌道，O 2p軌道與Co 3d軌道的重疊更多，表明Co和O之間更暢通的電子通道。

Multi-Domain versus Single-Domain: A Magnetic Field is Not a Must for Promoting Spin-Polarized Water Oxidation,?Angew. Chem. Int. Ed,?2023,?DOI: 10.1002/anie.202301721.

https://doi.org/10.1002/anie.202301721.

原創(chuàng)文章，作者：Gloria，如若轉(zhuǎn)載，請(qǐng)注明來(lái)源華算科技，注明出處：http://m.xiubac.cn/index.php/2023/10/06/a71fde5bac/

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