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活性析氧反應(yīng)(OER)催化劑的合理設(shè)計(jì)對(duì)于水電解的整體效率至關(guān)重要。OER反應(yīng)物和產(chǎn)物的不同自旋狀態(tài)是減慢OER動(dòng)力學(xué)的因素之一。自旋守恒在提高OER性能方面起著至關(guān)重要的作用。

南洋理工大學(xué)徐梽川團(tuán)隊(duì)報(bào)道了一種鐵磁(FM)-反鐵磁(AFM) Fe₃O₄@Ni(OH)₂核殼催化劑，該催化劑的界面FM-AFM耦合促進(jìn)了自旋方向與FM核心磁矩相反的電子的選擇性去除，從而改善了OER動(dòng)力學(xué)。

所制備的納米粒子由鐵磁(FM)Fe₃O₄核和反鐵磁(AFM)Ni(OH)₂殼構(gòu)成。作者通過(guò)控制活性表面區(qū)域的厚度，在催化劑的體磁特性和表面催化活性之間建立了聯(lián)系。

另外，作者制備了三種不同的核尺寸和三種不同的殼厚度。發(fā)現(xiàn)與單獨(dú)的FM核相比，F(xiàn)M-AFM核-殼系統(tǒng)的矯頑力得到了增強(qiáng)，這是因?yàn)榻缑骜詈夏芰看笥诜磋F磁各向異性能量。

結(jié)果表明，外磁場(chǎng)對(duì)催化劑OER催化活性的影響隨著殼厚度的減小而增加。此外，作者研究了7 nm殼層覆蓋了不同核尺寸Fe₃O₄@Ni(OH)₂的OER活性。

當(dāng)施加外部磁場(chǎng)時(shí)，具有120 nm核和“大核”的催化劑顯示出類似的OER活性增加。然而，22nm核的Fe₃O₄@Ni(OH)₂的OER活性不受外部磁場(chǎng)的影響。

Ferromagnetic-antiferromagnetic coupling core-shell nanoparticles with spin conservation for water oxidation. Advanced Materials, 2021. DOI: 10.1002/adma.202101091

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南洋理工徐梽川AM: 具有自旋守恒的鐵磁-反鐵磁耦合核-殼納米粒子用于水氧化

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