Magnetic Field‐Driven Spin State Transformation in Promoting the Catalytic Activity of Doped Single‐Atom for Hydrogen Evolution Reaction

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作者
Chenjing Wang,Yuquan Yang,Jinlong Zheng,Yanru Yuan,Dawei Pang,Jiajia Liu,Hongjing Wu,Naiyan Liu,Hui Ying Yang,Xiaolu Pang
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:38 (6): e13213-e13213 被引量:5
标识
DOI:10.1002/adma.202513213
摘要

Abstract Developing efficient electrocatalysts for the hydrogen evolution reaction (HER) requires innovative strategies to modulate electronic structures and reaction kinetics. Herein, a ferromagnetic Ru SAs /Ni 2 P@Fe 3 O 4 core‐shell catalyst is designed, which synergizes Ru single‐atoms (SAs) doping and external magnetic field excitation. Under a 0.3 T magnetic field, Ru SAs /Ni 2 P@Fe 3 O 4 −0.3 T achieves a remarkably low overpotential of 38.9 mV at 10 mA cm −2 and a Tafel slope of 39.5 mV dec −1 in alkaline media, outperforming its counterparts without magnetic stimulation. Advanced characterization (XANES, Mössbauer, EPR, SQUID) and density functional theory calculations reveal that the magnetic field induces a spin‐state transition in Fe 3+ (from low‐spin to high‐spin), enhancing interfacial charge transfer and enriching electron density around Ru SAs. These effects optimize hydrogen adsorption free energy (ΔG H* ) and reaction kinetics. The Ru SAs serve as the dominant active sites, while the spin‐state reconfiguration of the Fe 3 O 4 core under magnetic fields stabilizes the structure and accelerates electron transfer. This work unveils a dual‐regulation mechanism combining atomic doping and spin engineering, offering a novel pathway for designing high‐performance catalysts via electronic and magnetic synergy.
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