Engineering spin-dependent catalysts: chiral covalent organic frameworks with tunable electroactivity for electrochemical oxygen evolution

电化学 共价键 催化作用 材料科学 析氧 自旋(空气动力学) 氧气 共价有机骨架 组合化学 化学工程 化学 物理化学 电极 物理 有机化学 热力学 工程类
作者
Ziping Li,Yueyuan Xiao,Chao Jiang,Bang Hou,Yan Liu,Yong Cui
出处
期刊:National Science Review [Oxford University Press]
卷期号:11 (9) 被引量:10
标识
DOI:10.1093/nsr/nwae332
摘要

ABSTRACT The chiral-induced spin selectivity (CISS) effect offers promising prospects for spintronics, yet designing chiral materials that enable efficient spin-polarized electron transport remains challenging. Here, we report the utility of covalent organic frameworks (COFs) in manipulating electron spin for spin-dependent catalysis via CISS. This enables us to design and synthesize three three-dimensional chiral COFs (CCOFs) with tunable electroactivity and spin-electron conductivity through imine condensations of enantiopure 1,1′-binaphthol-derived tetraaldehyde and tetraamines derived from 1,4-benzenediamine, pyrene, or tetrathiafulvalene skeletons. The CISS effect of CCOFs is verified by magnetic conductive atomic force microscopy. Compared with their achiral analogs, these CCOFs serve as efficient spin filters, reducing the overpotential of oxygen evolution and improving the Tafel slope. Particularly, the diarylamine-based CCOF showed a low overpotential of 430 mV (vs reversible hydrogen electrode) at 10 mA cm−2 with long-term stability comparable to the commercial RuO2. This enhanced spin-dependent OER activity stems from its excellent redox-activity, good electron conductivity and effective suppression effect on the formation of H2O2 byproducts.
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