Spin‐Related Electron Transfer and Orbital Interactions in Oxygen Electrocatalysis

电催化剂 析氧 自旋电子学 电子转移 催化作用 材料科学 化学物理 氧气 分解水 电化学 化学 纳米技术 物理化学 物理 铁磁性 凝聚态物理 电极 光催化 生物化学 有机化学
作者
Yuanmiao Sun,Shengnan Sun,Haitao Yang,Shibo Xi,José Gracia,Zhichuan J. Xu
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:32 (39) 被引量:425
标识
DOI:10.1002/adma.202003297
摘要

Abstract Oxygen evolution and reduction reactions play a critical role in determining the efficiency of the water cycling (H 2 O ⇔ H 2 + O 2 ), in which the hydrogen serves as the energy carrier. That calls for a comprehensive understanding of oxygen electrocatalysis for efficient catalyst design. Current opinions on oxygen electrocatalysis have been focused on the thermodynamics of the reactant/intermediate adsorption on the catalysts. Because the oxygen molecule is paramagnetic, its production from or its reduction to diamagnetic hydroxide/water involves spin‐related electron transfer. Both electron transfer and orbital interactions between the catalyst and the reactant/intermediate show spin‐dependent character, making the reaction kinetics and thermodynamics sensitive to the spin configurations. Herein, a brief introduction on the spintronic explanation of the catalytic phenomena on oxygen evolution reaction (OER) and oxygen reduction reaction (ORR) is given. The local spin configurations and orbital interactions in the benchmark transition‐metal‐based catalysts for OER and ORR are analyzed as examples. To further understand the spintronic oxygen electrocatalysis and to develop more efficient spintronic catalysts, the challenges are summarized and future opportunities proposed. Spin electrocatalysis may emerge as an important topic in the near future and help integrate a comprehensive understanding of oxygen electrocatalysis.
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