Spin-state reconfiguration induced by alternating magnetic field for efficient oxygen evolution reaction

析氧 控制重构 凝聚态物理 磁场 国家(计算机科学) 自旋(空气动力学) 材料科学 氧气 物理 自旋态 电化学 计算机科学 电极 热力学 嵌入式系统 量子力学 算法
作者
Gang Zhou,Peifang Wang,Hao Li,Bin Hu,Yan Sun,Rong Huang,Lizhe Liu
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:12 (1): 4827-4827 被引量:318
标识
DOI:10.1038/s41467-021-25095-4
摘要

Abstract Oxygen evolution reaction (OER) plays a determining role in electrochemical energy conversion devices, but challenges remain due to the lack of effective low-cost electrocatalysts and insufficient understanding about sluggish reaction kinetics. Distinguish from complex nano-structuring, this work focuses on the spin-related charge transfer and orbital interaction between catalysts and intermediates to accelerate catalytic reaction kinetics. Herein, we propose a simple magnetic-stimulation approach to rearrange spin electron occupation in noble-metal-free metal-organic frameworks (MOFs) with a feature of thermal-differentiated superlattice, in which the localized magnetic heating in periodic spatial distribution makes the spin flip occur at particular active sites, demonstrating a spin-dependent reaction pathway. As a result, the spin-rearranged Co 0.8 Mn 0.2 MOF displays mass activities of 3514.7 A g metal −1 with an overpotential of ~0.27 V, which is 21.1 times that of pristine MOF. Our findings provide a new paradigm for designing spin electrocatalysis and steering reaction kinetics.
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