Tailoring atomic chemistry to refine reaction pathway for the most enhancement by magnetization in water oxidation

化学 磁化 析氧 催化作用 激进的 氧气 化学物理 分子间力 吸附 光化学 物理化学 分子 磁场 物理 量子力学 生物化学 有机化学 电极 电化学
作者
Tianze Wu,Jingjie Ge,Qian Wu,Xiao Ren,Fanxu Meng,Jiarui Wang,Shibo Xi,Xin Wang,Kamal Elouarzaki,Adrian C. Fisher,Zhichuan J. Xu
出处
期刊:Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America [Proceedings of the National Academy of Sciences]
卷期号:121 (19)
标识
DOI:10.1073/pnas.2318652121
摘要

Water oxidation on magnetic catalysts has generated significant interest due to the spin-polarization effect. Recent studies have revealed that the disappearance of magnetic domain wall upon magnetization is responsible for the observed oxygen evolution reaction (OER) enhancement. However, an atomic picture of the reaction pathway remains unclear, i.e., which reaction pathway benefits most from spin-polarization, the adsorbent evolution mechanism, the intermolecular mechanism (I2M), the lattice oxygen-mediated one, or more? Here, using three model catalysts with distinguished atomic chemistries of active sites, we are able to reveal the atomic-level mechanism. We found that spin-polarized OER mainly occurs at interconnected active sites, which favors direct coupling of neighboring ligand oxygens (I2M). Furthermore, our study reveals the crucial role of lattice oxygen participation in spin-polarized OER, significantly facilitating the coupling kinetics of neighboring oxygen radicals at active sites.
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