AFM：相变和电子自旋调控对三元氮化物电催化性能的协同作用

过渡金属氮化物（TMNs）具有可调的电子和键合特性，在能量存储和转换方面具有巨大的应用潜力。基于此，郑州大学胡俊华教授（通讯作者）等人报道了锚定在氮掺杂多孔碳上的新型富铁氮化物纳米颗粒(Co_xFe_1-x)₃N@NPC (0 ≤ x < 0.5)。证实了相变和电子自旋调控对氧电催化的协同作用。

本文通过中间相变过程形成了具有高分散性的(Co_xFe_1-x)₃N核壳结构，显著抑制了金属氮化物的粗化。Co掺入可以调节d带电子自旋极化，而Fe^II的t_2g⁵e_g¹具有理想的电子填充，可增强内在活性。

其中(Co_0.17Fe_0.83)₃N@NPC的Co含量最佳，电子构型中e_g电子填充适中（t_2g⁵e_g¹），平衡了*O₂的吸附和*OH的加氢，提高了ORR/OER双功能催化性能。此外，基于(Co_0.17Fe_0.83)₃N@NPC阴极组装的液态和固态锌空气电池具有相当高的峰值功率密度和显著的能量密度。

本文用X射线吸收光谱（XAS）证实了(Co_0.17Fe_0.83)₃N@NPC中Fe与Co的电子协同效应，主要是由Co掺杂到氮化铁中的晶格畸变引起的。结合DFT计算得出，氮化物中Fe的Co取代调控了Fe位点的自旋电子构型，通过增加ORR中*OH的解吸，降低OER中从*O₂到*OOH的能垒，优化了O中间体的化学吸附性能。

Synergistic Effects of Phase Transition and Electron-Spin Regulation on the Electrocatalysis Performance of Ternary Nitride. Adv. Funct. Mater., 2023, DOI: 10.1002/adfm.202300623.

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202300623.