Spin-Magnetic Effect of d-π Conjugation Polymer Enhanced O–H Cleavage in Water Oxidation

化学 自旋极化 催化作用 磁矩 自旋(空气动力学) 电子 光化学 凝聚态物理 有机化学 量子力学 物理 工程类 航空航天工程
作者
Liu Lin,Yunming Xu,Yiting Han,Ruikun Xu,Tongyue Wang,Zemin Sun,Zhenhua Yan
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:146 (11): 7363-7372 被引量:63
标识
DOI:10.1021/jacs.3c11907
摘要

A deep understanding of the mechanism for the spin-magnetic effect on O-H cleavage is crucial for the development of new catalysts for water oxidation. Herein, we designed and synthesized the crystalline Fe-DABDT and Co-DABDT (DABDT = 2,5-diaminobenzene-1,4-dithiol) and optimized an effective magnetic moment to explore the role of the spin-magnetic effect in the regulation of water oxidation activity. It can be found that the OER activity of the catalyst is positively correlated with its effective magnetic moment. Under the external magnetic field, Fe-DABDT with more spin single electrons has a stronger spin-magnetic response to water oxidation than Fe/Co-DABDT and Co-DABDT. The increase in OER current of Fe-DABDT is nearly 2 times higher than that of Co-DABDT. Experimental and density functional theory studies show that magnetized Fe sites could realize nucleophilic reaction, accelerate the polarization of electron spin states, and promote the polar decomposition of O-H and the formation of the O-O bond. This study provides mechanistic insight into the spin-magnetic effect of oxygen evolution reaction and further understanding of the spin origin of catalytic activity, which is expected to improve the energy efficiency of hydrogen production.
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