Spin pinning effect to reconstructed oxyhydroxide layer on ferromagnetic oxides for enhanced water oxidation

铁磁性 磁化 析氧 自旋极化 凝聚态物理 材料科学 自旋(空气动力学) 化学物理 化学 磁场 物理化学 电子 物理 量子力学 电化学 热力学 电极
作者
Tianze Wu,Xiao Ren,Yuanmiao Sun,Shengnan Sun,Guoyu Xian,Günther G. Scherer,Adrian C. Fisher,Daniel Mandler,Joel W. Ager,Alexis Grimaud,Junling Wang,Chengmin Shen,Haitao Yang,José Gracia,Hongjun Gao,Zhichuan J. Xu
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:12 (1) 被引量:305
标识
DOI:10.1038/s41467-021-23896-1
摘要

Abstract Producing hydrogen by water electrolysis suffers from the kinetic barriers in the oxygen evolution reaction (OER) that limits the overall efficiency. With spin-dependent kinetics in OER, to manipulate the spin ordering of ferromagnetic OER catalysts (e.g., by magnetization) can reduce the kinetic barrier. However, most active OER catalysts are not ferromagnetic, which makes the spin manipulation challenging. In this work, we report a strategy with spin pinning effect to make the spins in paramagnetic oxyhydroxides more aligned for higher intrinsic OER activity. The spin pinning effect is established in oxide FM /oxyhydroxide interface which is realized by a controlled surface reconstruction of ferromagnetic oxides. Under spin pinning, simple magnetization further increases the spin alignment and thus the OER activity, which validates the spin effect in rate-limiting OER step. The spin polarization in OER highly relies on oxyl radicals (O∙) created by 1 st dehydrogenation to reduce the barrier for subsequent O-O coupling.
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