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孙根班老师 J. Am. Chem. Soc. 文章介绍

发布时间: 2022-04-27  浏览次数:



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调控(kong) Fe III位点自旋(xuan)磁效应增(zeng)强分子催化(hua)作用机制

水的析氧反应(ying)(OER)是水(shui)分解(jie)过程(cheng)中的(de)决速步骤(zhou)。O-O键的形成需要破(po)坏两(liang)个(ge)O-H键(jian),涉及到抗磁性含氧中间(jian)体的自旋(xuan)电子演(yan)化(hua),生成顺磁性的氧分子。催化(hua)剂的自旋(xuan)特性可能在水相分子电催化(hua)中起(qi)重要作用。而在氧分子催化(hua)过程中,有关催化(hua)剂自旋(xuan)电子作用(yong)于电催化的研究属于新的(de)前沿(yan)领域。目前研究(jiu)人(ren)员已经观察到了电子自旋确(que)实(shi)可以(yi)影响OER性(xing)能,但几(ji)乎没(mei)人系统(tong)全面(mian)地(di)证明和(he)研(yan)究此(ci)现象。因此(ci),基(ji)于自旋电子态(tai)视角构筑高性能催(cui)化仍是一(yi)个(ge)相对崭新的前沿(yan)挑(tiao)战(zhan)性课题

1. 磁(ci)性Fe3+的自旋(xuan)分裂设计(ji)策略及催化(hua)机制(zhi)

基于上述问题(ti),鸭脖体育app 孙根班教授团(tuan)队以NiFe层状(zhuang)双氢氧化物(NiFe-LDHs)作为碱性OER催化(hua)剂研究中取得重要进展:提出了一(yi)种新的磁性Fe3+的自旋分裂策略,如图1所示,通过Cu2+Jahn-Teller效应有(you)效地诱导(dao)和(he)优化了Fe3+的电子(zi)结构和自(zi)旋态。理论计算和红外光(guang)谱揭示(shi)了O-O键的促(cu)进作用机制提升(sheng)OH-生成O2反应效率实现了(le)OER高催(cui)化活性(xing)。Cu1-Ni6Fe2-LDHs催化剂在10 mA cm-2时的过(guo)电势为(wei)210 mV如图2所示,Cu2+的(de)调控下,实现了NiFe-LDHs从亚铁(tie)磁体到铁(tie)磁体的转变,并首(shou)次证明了在磁场作用下,与NiFe-LDHs相比,CuNiFe-LDHs的(de)OER性能(neng)显著提(ti)高。磁场辅助的Cu0-Ni6Fe2-LDHs10 mA cm-2时具有180 mV的超低过电位,是目前OER性能最好的材料之一。磁场(chang)和(he)自(zi)旋组态(tai)的结合(he)策略为开发(fa)高性(xing)能催(cui)化剂提供了(le)新(xin)的借鉴和支撑,并(bing)从自旋电(dian)子水平上理解了催化机理。这项工作为进(jin)一步理解磁-自(zi)旋电(dian)子学行(xing)为-电(dian)催(cui)化之间的内在联系提供了(le)一(yi)个(ge)新的视角,进一(yi)步补充和完善了(le)电(dian)催(cui)化自旋(xuan)电(dian)子(zi)学。

图(tu)2. 磁场辅助增(zeng)强(qiang)的(de)催化(hua)氧(yang)析(xi)出(chu)反应性(xing)能

该工作近期被化学领域(yu)的综合期刊(kan)《美国化学会志(zhi)》(《Journal of the American Chemical Society》)接(jie)收发表(biao)。《Journal of the American Chemical Society》是化学(xue)领域(yu)的世界顶级学(xue)术期刊,最新SCI影响因子15.419和《德国应用化(hua)学(xue)》一起被公认为化(hua)学(xue)领域(yu)最具(ju)影响力(li)的期(qi)刊。

鸭脖体育app为第一完成单位。该(gai)研(yan)究得到国家自然科学(xue)基(ji)金(jin)、化学学院、北京市(shi)重点实验(yan)室(shi)、鸭脖体育app珠海校区自然科学高等研究院、鸭脖体育app珠海(hai)校(xiao)区(qu)实验与实践创新教育中心等的(de)资助(zhu)和支持。

孙根班教授为唯一通讯作者,特(te)聘副(fu)研(yan)究员孙泽(ze)民博士、林柳博(bo)士为(wei)论文共同(tong)第一作(zuo)者。论文相关信息(xi)如(ru)下:Zemin Sun, Liu Lin, Jinlu He, Dajie Ding, Tongyue Wang, Jie Li, Mingxuan Li, Yicheng Liu, Yayin Li, Mengwei Yuan, Binbin Huang, Huifeng Li, and Genban Sun*, Regulating the Spin State of FeIII Enhances the Magnetic Effect of the Molecular Catalysis Mechanism, J. Am. Chem. Soc. 2022, doi.org/10.1021/jacs.2c01153

原文链接:http://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.2c01153


 

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