苏大Nano Lett.: 构建自旋极化CoIr合金，磁场下增强酸性OER活性

电化学水分解技术是一种将可再生能源转化为有价值的化学物质的前瞻性技术。考虑到四电子转移，OER的动力学过程缓慢，这限制了水分解的整体效率。OER是一个典型的自旋相关反应，其中产物O₂为三重态激发态，而反应物OH⁻和H₂O为单重态基态，电子转移从基态到激发态需要很高的能量。因此，设计具有自旋极化电子的OER催化剂有利于形成自旋平行排列的氧，进而促进三重态O₂的形成。然而，由于在酸性条件下材料不稳定，目前用于酸性OER的自旋催化剂很少被研究。

基于此，苏州大学路建美和邵琪等通过自旋工程首次构建了Co掺杂Ir催化剂，其作为一种独特的磁场增强OER催化剂在酸性电解质表现出优异的活性。实验结果表明，当施加恒定的磁场时，CoIr纳米团簇(NC)在10 mA cm⁻²电流密度下的OER过电位仅为220 mV，在1.5 V下的周转频率(TOF)高达7.4 s^-1，并且在10 mA cm^-2下连续电解120小时后的活性保留率为70%，优于没有施加磁场的CoIr NC催化剂(260 mV，2.5 s^-1和20小时)。

此外，与Mn和Ni掺杂的Ir催化剂相比，CoIr NC具有更高的磁场增强因子。这是由于CoIr NC具有最低的d带中心，可以有效地降低反应中间体的吸附，降低OER反应能垒。

理论计算表明，酸性OER反应的电子转移是一个自旋依赖的过程(*O+H₂O→*OOH+H⁺)。构造有序的磁畴，使得在第一反应步骤中形成的氧终止具有固定的自旋取向。也就是说，自旋极化在第一个电子转移步骤发生，形成三重态中间O(↓)O(↓)H。因此，应用恒定的磁场和增加在Ir原子附近的宏观反平行磁矩为自旋依赖性OER提供了更多的自旋极化表面。

相比之下，非磁性Ir催化剂需要驱动三重态氧的生成，导致动力学过程缓慢和高过电位。总的来说，该项工作通过自旋极化效应增强酸性OER活性的可行性，为设计并开发高效的自旋极化催化剂以在苛刻的条件下高效驱动反应进行提供了策略。

Magnetic field enhanced cobalt iridium alloy catalyst for acidic oxygen evolution reaction. Nano Letters, 2024. DOI: 10.1021/acs.nanolett.4c01623

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