南大陈兆旭/闫世成JMCA: 改变自旋态，性能大提升：反钙钛矿氮化物用于高效析氧反应

高效且低成本的析氧反应(OER)电催化剂是电化学能量转换和存储技术的关键。然而，目前缺乏一种策略来指导具有功能可调性的具有成本效益的反钙钛矿氮化物的开发。

近日，南京大学陈兆旭、闫世成等通过在Fe位点部分掺杂Ni来触发Cu_0.5NFe_3.5中Fe³⁺从低自旋到高自旋的转变，以重建原位电化学形成的FeNi(羟基)氢氧化物催化层的磁性，从而加速电催化OER。

磁性测试表明，Cu_0.5NFe₃Ni_0.5显着加速原位氧化电化学形成的无定形FeNi(氧)氢氧化物氧化还原对、初始水氧化步骤以及随后的水氧化。

理论计算表明，由于动力学上有利的量子自旋(轨道)交换相互作用，高自旋Fe³⁺在铁磁性Cu_0.5NFe₃Ni_0.5核上诱导形成顺磁性FeNi(羟基)氢氧化物催化层以加速OER动力学。

具体而言，通过在反钙钛矿Cu_0.5NFe_3.5中掺杂Fe位点来调节Fe³⁺的自旋态跃迁可以优化电子构型并加强界面相互作用，以实现Cu_0.5NFe₃Ni_0.5和FeNiOOH之间的快速电子转移，从而产生顺磁性FeNiOOH以触发低过电位的OER。

因此Cu_0.5NFe₃Ni_0.5作为出色的OER电催化剂，在10 mA cm^-2电流密度下的过电位为244 mV，性能优于基准IrO₂催化剂。本工作的发现有望开启设计理想的基于反钙钛矿的电催化剂的潜力，该电催化剂具有可调节的自旋状态，用于能量转换和存储领域。

Spin Unlocking Oxygen Evolution Reaction on Antiperovskite Nitrides. Journal of Materials Chemistry A , 2021. DOI: 10.1039/d1ta07561f

原创文章，作者：Gloria，如若转载，请注明来源华算科技，注明出处：https://www.v-suan.com/index.php/2023/10/18/225e47390d/