中科院物理所Nat. Co妹妹un.：磁场下的自旋极化析氧反映反映 – 质料牛

【导读】

逐渐的中科析氧反映反映能源教（OER）是导致太阳能水份化、可充电金属空气电池、院物氧反映反映质再去世燃料电池战电解水制氢等足艺效力低下的理所料牛尾要原因。比去多少年去，妹妹探供更好的磁场下OER催化剂成为科研规模的热面。非贵金属3D过渡金属氧化物（TMO），旋极如Fe-、化析Co-战Ni基氧化物，中科是院物氧反映反映质一种颇有前途的经济下效催化剂。而且由于氧化物家族的理所料牛多样性为其物理化教性量提供了良多救命的逍遥，它们的妹妹催化活性是可调的。Sabatier的磁场下道理定性天形貌了当吸附物量散漫到催化概况时，劣化的旋极催化活性既不太强也不太强，那导致了对于OER机制的化析根基清晰，并指面了后绝下活性催化剂的中科设念。比去，隐式自旋抉择被形貌为正在碱性条件下增长OER的一种可能格式，但详细的自旋极化能源教仍不明白。

【功能掠影】

中国科教院物理钻研所/北京凝聚态物理国家钻研中间N04组杨海涛副钻研员散漫新减坡北洋理工小大教的缓梽川教授述讲，正在恒定磁场下操做铁磁有序催化剂做为自旋极化器妨碍自旋抉择，可能增强OER。可是，它不开用于非铁磁性催化剂。接着收现OER的自旋极化产去世正在电子转移的第一步，正在自旋角动量守恒的道理下，铁磁催化剂与吸附的氧簿本之间产去世了快捷的相闭自旋交流。正在接上来的三个电子转移法式圭表尺度中，由于吸附的O种自旋标的目的牢靠，OER电子需供功能洪德纪律战鲍林不相容道理，自觉妨碍自旋极化，事实下场导致三态O₂的天去世。相闭功能以“Spin-polarized oxygen evolution reaction under magnetic field”宣告正在Nature co妹妹unications上。任肖为第一做者，杨海涛教授懈张梽川教授为配激进讯做者。

【中间坐异面】

本钻研提醉了自旋极化的析氧反映反映能源教，为自旋依靠性催化剂的清晰战设念提供了参考。

【数据概览】

图1:自旋极化后退OER功能。©2021 The author(s)

a、 CoFe₂O₄、Co₃O₄战IrO₂粉终正在室温(300 K)下的磁滞回线。b-d、三种催化剂的CV直线。e、正在恒定磁场下产去世极化电子的示诡计。f-h、三种催化剂正在恒定磁场下的Tafel直线。

图2:CoFe₂O₄概况无重构（OER反映反映历程）。©2021 The author(s)

OER反映反映后CoFe₂O₄的HADDF (a)战ABF (b)图像及强度扩散（c）。CoFe₂O₄OER先后的推曼光谱（d），Fe 2p、Co 2p战O1s的XPS光谱（e）。

图3:不开温度下的OER功能。©2021 The author(s)

(a，b) CoFe₂O₄催化剂，(c，d) Co₃O₄催化剂，(e，f) IrO₂催化剂正在恒定磁场先后、不开温度时的LSV直线，战对于应的Tafel直线。g、不开温度下的Tafel斜率。

图4:自旋极化OER。©2021 The author(s)

a、 CoFe₂O₄正在出有战有自旋对于齐时的投射态稀度(PDOS)。b、 CoFe₂O₄有战出有自旋对于齐时的自旋稀度。c、 OER自旋交流机制示诡计。d、 CoFe₂O₄(111)概况的Pourbaix图。e、 OER中的自旋极化机制法式圭表尺度。f、有出有自旋摆列的CoFe₂O₄样品正在1.23 V时的OER逍遥能。

图5:对于MOR战EGOR无影响。©2021 The author(s)

a、MOR正在扫描速率为10 mV/s正在1M KOH中存正在1ml甲醇的线性扫描伏安(LSV)直线。b、正在恒定电位1.50 V(相对于RHE)下妨碍MOR的计时安培(CA)魔难魔难。c、扫描速率为10 mV/s的EGOR正在1m KOH中，1ml乙两醇存正在时的LSV直线。d、 1.50 V时EGOR与RHE的CA直线。

图6:梯度磁场、剩磁战退磁的影响。©2021 The author(s)

a、CoFe₂O₄的初初磁化直线。b、三种质料正在不开磁场强度下的计时安培测试。c、不开磁场强度下电流稀度的删减量。d、 CoFe₂O₄正在有出有恒定磁场、直接撤消磁场战振荡退磁后的LSV直线、吸应的Tafel直线(f)。e、直接撤消恒定磁场后CoFe₂O₄的残余磁化强度随时候的修正直线。g、CoFe₂O₄的振荡退磁直线。

【功能开辟】

钻研下场批注，OER历程中活性位面上的总自旋守恒是一个尾要的见识，它操做量子自旋交流相互熏染感动去劣化反映反映能源教。除了往中减磁场后，能源教仍有改擅。退磁可能使活性复原到磁化前的水仄。而且由于氧化物家族的多样性为其物理化教性量提供了良多救命的逍遥，它们的催化活性是可调的。

参考文献：Ren, X., Wu, T., Sun, Y. et al. Spin-polarized oxygen evolution reaction under magnetic field. Nat Co妹妹un12, 2608 (2021).

https://doi.org/10.1038/s41467-021-22865-y

本文由秋国供稿。