Spin-Selective Oxygen Evolution Reaction in Chiral Iron Oxide Nanoparticles: Synergistic Impact of Inherent Magnetic Moment and Chirality

铁磁性 磁矩 自旋极化 析氧 化学 催化作用 自旋(空气动力学) 化学物理 纳米技术 凝聚态物理 材料科学 磁场 电子 磁化 物理化学 电极 物理 生物化学 量子力学 电化学 热力学
作者
Aruna N. Nair,Sara Fernández,Mariana Marcos−Hernández,Daniel Romo,Srinivasa Rao Singamaneni,D. Villagrán,T. S. Sreeprasad
出处
期刊:Nano Letters [American Chemical Society]
卷期号:23 (19): 9042-9049 被引量:6
标识
DOI:10.1021/acs.nanolett.3c02752
摘要

Electron spin polarization is identified as a promising avenue for enhancing the oxygen evolution reaction (OER), which is the bottleneck that limits the energy efficiency of water-splitting. Here, we report that both ferrimagnetic (f-Fe3O4) and superparamagnetic iron oxide (s-Fe3O4) catalysts can exhibit external magnetic field (Hext)-induced OER enhancement, and the activity is proportional to their intrinsic magnetic moment. Additionally, the chirality-induced spin selectivity (CISS) effect was utilized in synergy with Hext to get a maximum enhancement of up to 89% improvement in current density (at 1.8 V vs RHE) with a low onset potential of 270 mV in s-Fe3O4 catalysts. Spin polarization and the resultant spin selectivity suppress the production of H2O2 and promote the formation of ground state triplet O2 during the OER. Furthermore, the design of chiral s-Fe3O4 with synergistic spin potential effect demonstrates a high spin polarization of ∼42%, as measured using conductive atomic force microscopy (c-AFM).
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