Spin‐Polarization Strategy for Enhanced Acidic Oxygen Evolution Activity

析氧 铁磁性 过电位 材料科学 自旋极化 磁圆二色性 反铁磁性 凝聚态物理 电解质 化学物理 化学 电极 物理化学 物理 电子 电化学 天文 量子力学 冶金 谱线
作者
Ling Li,Jing Zhou,Xiao Wang,José Gracia,Manuel Valvidares,Ke Jia,Miaomiao Fang,Chenqi Shen,Jin‐Ming Chen,Yu‐Chung Chang,Chih‐Wen Pao,Su‐Yang Hsu,Jyh‐Fu Lee,A. Ruotolo,Yi‐Ying Chin,Zhiwei Hu,Xiaoqing Huang,Qi Shao
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:35 (35) 被引量:76
标识
DOI:10.1002/adma.202302966
摘要

Spin-polarization is known as a promising way to promote the anodic oxygen evolution reaction (OER), since the intermediates and products endow spin-dependent behaviors, yet it is rarely reported for ferromagnetic catalysts toward acidic OER practically used in industry. Herein, the first spin-polarization-mediated strategy is reported to create a net ferromagnetic moment in antiferromagnetic RuO2 via dilute manganese (Mn2+ ) (S = 5/2) doping for enhancing OER activity in acidic electrolyte. Element-selective X-ray magnetic circular dichroism reveals the ferromagnetic coupling between Mn and Ru ions, fulfilling the Goodenough-Kanamori rule. The ferromagnetism behavior at room temperature can be well interpreted by first principles calculations as the interaction between the Mn2+ impurity and Ru ions. Indeed, Mn-RuO2 nanoflakes exhibit a strongly magnetic field enhanced OER activity, with the lowest overpotential of 143 mV at 10 mA cmgeo-2 and negligible activity decay in 480 h stability (vs 200 mV/195 h without magnetic field) as known for magnetic effects in the literature. The intrinsic turnover frequency is also improved to reach 5.5 s-1 at 1.45 VRHE . This work highlights an important avenue of spin-engineering strategy for designing efficient acidic oxygen evolution catalysts.
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