徐梽川教授团队，连发两篇Nature子刊！

成果简介

2023年4月28日和29日，新加坡南洋理工大学徐梽川教授团队在Nature Communications上连续发表了两篇最新成果，即“Navigating surface reconstruction of spinel oxides for electrochemical water oxidation”和“The origin of magnetization-caused increment in water oxidation”。下面，对这两篇最新成果进行简要的介绍，以供大家学习和了解！

Nat. Commun.：尖晶石氧化物表面重构助力电化学水氧化

了解和掌握水氧化电催化剂的结构演变，是优化其催化活性的基础。基于此，徐梽川教授团队报道了以尖晶石Li_xCo_1-xCo₂O₄为模型催化剂，证明了尖晶石氧化物的表面重构源于M_T-O-M_O主链中的金属-氧共价极性。

相对于M_T-O共价，更强的M_O-O共价被发现有利于更彻底地重构氧羟基。结构-重构关系可以精确预测尖晶石预催化剂的重构能力，从而控制对原位生成的氢氧化物的重构程度。对具有相同重构能力的尖晶石预催化剂生成的氢氧化物的研究为尖晶石预催化剂设计中阳离子的选择提供了指导，同时揭示了操纵尖晶石水氧化预催化剂表面重构的基本原理。

图1. 尖晶石氧化物电子结构演化的DFT研究

图2. 尖晶石Li_xCo_3-xO₄的结构表征

图3. 初始和完全循环尖晶石Li_xCo_3-xO₄的电化学分析

图4. 尖晶石预催化剂制备氢氧化物的研究

图5. 尖晶石预催化剂在水氧化过程中的结构-重构关系示意图

图6. 各种尖晶石氧化物的表面重构性能

总结展望

综上所述，作者结合DFT计算和实验分析，证明了尖晶石氧化物表面重构的结构-重构关系。M_T-O-M_O主链的金属氧共价极性被证明是引发表面重构的结构根源，极性越高，重构程度越大。通过建立的结构-重构关系，可以对尖晶石预催化剂的重构能力进行精确预测和精细操作。

此外，通过对尖晶石预催化剂生成的一系列氢氧化物的机理研究，作者展示了表面重构对OER活性的影响，以及所生成的氢氧化物的活性如何随着阳离子类型和阳离子比例的变化而变化。该工作揭示了尖晶石氧化物表面重构的关键基础，并为尖晶石预催化剂的设计提供了坚实的理论基础。

Navigating surface reconstruction of spinel oxides for electrochemical water oxidation.Nat. Commun., 2023, DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-023-38017-3.

Nat. Commun.：磁化导致水氧化增加的起源

磁化有利于提高磁性催化剂的析氧反应（OER）活性引起了广泛的关注，但这种提高的原因仍然不清楚。铁磁材料的磁化只会改变其磁畴结构，不会直接改变材料中未成对电子的自旋方向。然而，每个磁畴都是一个小磁铁，理论上自旋极化促进的OER已经发生在这些磁畴上，因此增强应该在没有磁化的情况下实现。

基于此，徐梽川教授团队报道了增强来自于磁化后消失的畴壁。作者利用一系列控制畴壁尺寸的NiFe薄膜电极，发现在磁化作用下薄膜上畴壁面积与OER增量之间存在很强的相关性。作者采用磁控溅射法制备了NiFe薄膜，薄膜厚度在200-800 nm之间变化，其中磁畴呈条状，相邻磁畴采用反平行磁化。每个条带区域内的自旋结构是相同的，并且每个区域上的OER遵循已报道的自旋促进路径。

此外，利用NiFe薄膜的这种条形结构域，可清晰地识别畴壁，并可以量化畴壁在薄膜表面所占的面积。通过减小NiFe薄膜的厚度，磁畴的宽度减小，相应的磁畴壁所占的面积增大。在足够强的磁场（如饱和磁场）作用下，畴壁消失，NiFe薄膜电极演化为单畴态。在磁化作用下，OER的增强程度与薄膜表面的畴壁面积有很强的相关性。该研究填补了对自旋极化OER的认识空白，并进一步解释了可以通过磁化产生增量的铁磁催化剂类型。

图文导读

图1. NiFe薄膜的表征

图2. NiFe薄膜的磁性能表征

图3.磁化增强OER性能

图4.磁化导致OER增加的起源

总结展望

总之，作者通过制备厚度在200-800 nm之间的NiFe薄膜，并控制了畴尺寸和畴壁占比，其中畴壁所占面积随膜厚的增加而减小。在超过2000 O_e的外加磁场下完全磁化后畴壁消失，导致NiFe薄膜由多畴向单畴演变。将畴壁所占据的区域重新格式化为磁畴区域，从而实现与自旋相关的OER促进效应。在外加磁场作用前，这些NiFe膜的OER活性的增量由NiFe膜中畴壁所占表面积的比例决定。本研究探讨了铁磁催化剂OER增加的原因。

The origin of magnetization-caused increment in water oxidation. Nat. Commun., 2023, DOI: 10.1038/s41467-023-38212-2.

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徐梽川教授团队，连发两篇Nature子刊！

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