Modulation of Co spin state at Co3O4 crystalline-amorphous interfaces for CO oxidation and N2O decomposition

无定形固体 分解 材料科学 调制(音乐) 氧化态 化学工程 纳米技术 化学 结晶学 物理 金属 冶金 有机化学 声学 工程类
作者
Yunpeng Long,Xiao‐Wei Zhu,Chuan Gao,Wenzhe Si,Junhua Li,Yue Peng
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:16 (1): 1048-1048 被引量:114
标识
DOI:10.1038/s41467-025-56487-5
摘要

Modulation of electronic spin states in cobalt-based catalysts is an effective strategy for molecule activations. Crystalline-amorphous interfaces often exhibit unique catalytic properties due to disruptions of long-range order and alterations in electronic structure. However, the mechanisms of molecule activation and spin states at interfaces remain elusive. Herein, we present a Co3O4 spinel-based catalyst featuring crystalline-amorphous interfaces. Characterization analyses confirm that tetrahedral Co2+ is selectively etched from bulk spinel, forming amorphous CoO islands on the surface. The resultant symmetry breaking in the coordination field induces a reconstruction of the Co3+ 3 d orbitals, leading to high-spin states. In CO oxidation, the interface serves as novel active sites with a lower energy barrier, facilitated by lattice oxygen activation. In N2O decomposition, the interface promotes reassociation of dissociated oxygen through quantum spin exchange interactions. This work provides a straightforward approach to modulating the spin state of interfaces and elucidates their role in molecule activations. Crystalline-amorphous interfaces often exhibit unique catalytic properties, but the mechanisms of molecular activation and spin states at these interfaces remain elusive. This study presents a Co3O4 spinel-based catalyst featuring crystalline-amorphous interfaces and elucidates their role in molecular activation.
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