Modulation of the Phase Transformation of Fe2O3 for Enhanced Water Oxidation under a Magnetic Field

析氧 电子转移 铁磁性 化学物理 催化作用 阳极 化学 相(物质) 吸附 材料科学 离子 化学工程 光化学 物理化学 电极 凝聚态物理 电化学 物理 生物化学 有机化学 工程类
作者
Guangjian Song,Ming Wei,Jing Zhou,Liuhua Mu,Sanzhao Song
出处
期刊:ACS Catalysis [American Chemical Society]
卷期号:14 (2): 846-856 被引量:28
标识
DOI:10.1021/acscatal.3c05032
摘要

Ferromagnetic catalysts in the presence of an external magnetic field can promote the reaction kinetics of the oxygen evolution reaction (OER) by enhancing spin-selective electron transfer as intermediates and products confer spin-dependent behavior. It has been found that γ-Fe2O3 with ferromagnetism exhibits an enhanced performance for the OER activity, but its preparation is limited. Herein, we report an adsorption-pyrolysis process in air in which the transformation of α-Fe2O3 into γ-Fe2O3 is precisely regulated by controlling the content of Co ions. Interestingly, a small, constant external magnetic field (∼200 mT) was applied at the anode, resulting in a significant impact on the OER performance of the obtained series of catalysts with different contents of γ-Fe2O3 under alkaline conditions. Theoretical results reveal that the same spin configuration of Fe and O atoms in γ-Fe2O3 provides a spin conduction channel, which enhances the ability to selectively remove spin-oriented electrons from the reactants and accelerates the accumulation of triplet oxygen molecules during the OER process, thereby promoting the OER. These findings provide a strategy toward the controllable phase transformation of Fe2O3 and deep insights for understanding the OER behavior of Fe-based electrocatalysts under magnetic fields.
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