An Insight into the Relation of Spin-Polarization and Oxygen Evolution Enhancement with a Monolayer Chiral Covalent Organic Framework Model Catalyst

化学 单层 共价键 催化作用 氧气 极化(电化学) 化学物理 自旋极化 析氧 自旋(空气动力学) 物理化学 有机化学 热力学 电化学 量子力学 物理 电子 生物化学 电极
作者
Zhiping Liu,Shaofang Zhang,Enbing Zhang,Kuo Wei,Miao Zhang,Xiaojuan Li,Dejuan Fa,Steven De Feyter,Guangyuan Feng,Shengbin Lei,Wenping Hu
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:147 (35): 31975-31983 被引量:37
标识
DOI:10.1021/jacs.5c09729
摘要

Manipulating the electron spin state through the chiral-induced spin selectivity (CISS) effect provides a novel strategy for enhancing the activity and selectivity of the oxygen evolution reaction (OER). However, developing a quantitative relationship between the CISS effect and the chirality-enhanced OER performance is difficult due to complex influencing factors. Herein, using a ligand exchange strategy, we developed a monolayer chiral covalent organic framework (mc-COF) model catalytic system with adjustable spin polarization (P = ∼49–72%), which allows the decoupling of the CISS effect from other influencing factors on the OER performance. A supralinear dependence between the spin polarization and chirality-enhanced OER performance is established. This confirms that the chirality-enhanced electrocatalytic performance is significantly amplified by spin polarization due to the CISS effect. Moreover, in situ measurements reveal that the CISS effect of mc-COFs optimizes the reaction pathway by aligning *OH spins parallel, suppressing H 2 O 2 formation, facilitating spin-oriented intermediates (*OOH and *OO) at lower potentials, and accelerating *OOH-to-*O–O conversion.
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