Regulating the Spin Polarization of NiFe Layered Double Hydroxide for the Enhanced Oxygen Evolution Reaction

过电位 析氧 氢氧化物 催化作用 密度泛函理论 材料科学 磁矩 自旋极化 化学物理 化学 光化学 无机化学 凝聚态物理 计算化学 物理化学 物理 电化学 电极 电子 生物化学 量子力学
作者
Wen Cao,Xuehui Gao,Jie Wu,An‐Chi Huang,Huan Hu,Zhongwei Chen
出处
期刊:ACS Catalysis [American Chemical Society]
卷期号:14 (5): 3640-3646 被引量:80
标识
DOI:10.1021/acscatal.3c06180
摘要

The oxygen evolution reaction (OER) is an electrochemical process that involves the spin-dependent conversion of singlet OH–/H2O to triplet O2. However, the sluggish dynamics associated with this reaction severely limits its efficiency in electrochemical water splitting. Fortunately, the utilization of a magnetic field can significantly enhance the spin selectivity and accelerate reaction kinetics. Herein, we report a unique strategy to regulate the spin polarization of NiFe layered double hydroxide (NiFe-LDH) by harnessing an internal magnetic field induced by a built-in magnetic core. The exchange bias effect between the magnetic core and NiFe-LDH can selectively remove electrons with opposite magnetic moments, thereby reducing magnetoresistances and minimizing spin scattering during electron transport. Benefiting from this bias effect, the obtained catalyst exhibits excellent OER performance with a low overpotential of 196 mV at a current density of 30 mA cm–2. Furthermore, density functional theory (DFT) calculations further confirm that the exchange bias effect can increase the hybrid strength of Fe-3d and O-2p orbitals while decreasing the adsorption energy of the reactant intermediates, thus accelerating the generation of paramagnetic oxygen.
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