Unveiling Spin Dependent Effectiveness of Strain Engineering in Metal Catalysts

催化作用 材料科学 拉伤 金属 应变工程 自旋(空气动力学) 纳米技术 过渡金属 化学工程 凝聚态物理 化学物理 结晶学
作者
Chunyao Fang,Zhanzhao Fu,Yuetan Su,Sihang Liu,Ang Cao,Jianhua Yan
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:17 (1) 被引量:4
标识
DOI:10.1038/s41467-026-73254-2
摘要

Strain engineering has emerged as a powerful strategy to modulate catalytic activity, yet its general applicability remains uncertain, especially for magnetic catalysts where spin effect also plays a critical role in governing reactivity. Here, we reveal a metal-dependent modulation on adsorbate chemisorption to strain, with magnetic metals exhibiting reduced strain sensitivity compared to non-magnetic metals. Using ammonia synthesis as a model reaction, we attribute this behavior to an antagonistic interaction between strain and spin, wherein spin effect counteracts strain-induced chemisorption modulation and becomes stronger with increasing magnetism, originating from the varying shift of d-band center under the combined effects. Kinetic analysis further confirms that strain engineering markedly modulates the reactivity of weakly magnetic or non-magnetic metals by reshaping traditional scaling relations under strain-free conditions, while offering marginal impact to strongly magnetic metals. Accordingly, we propose a practical strain-based strategy to enhance the activity of representative ammonia synthesis catalysts, including Fe, Co, Ni and Ru. Moreover, the metal-dependent strain effect can be extended to key intermediates in other reactions, indicating a general phenomenon and establishing a conditional principle for applying strain engineering in metal catalysts design.
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