南洋理工徐梽川AM: 具有自旋守恒的铁磁-反铁磁耦合核-壳纳米粒子用于水氧化

2023年10月11日下午5:08 • 头条, 百家, 顶刊 • 阅读 11

活性析氧反应(OER)催化剂的合理设计对于水电解的整体效率至关重要。OER反应物和产物的不同自旋状态是减慢OER动力学的因素之一。自旋守恒在提高OER性能方面起着至关重要的作用。

南洋理工大学徐梽川团队报道了一种铁磁(FM)-反铁磁(AFM) Fe₃O₄@Ni(OH)₂核壳催化剂，该催化剂的界面FM-AFM耦合促进了自旋方向与FM核心磁矩相反的电子的选择性去除，从而改善了OER动力学。

所制备的纳米粒子由铁磁(FM)Fe₃O₄核和反铁磁(AFM)Ni(OH)₂壳构成。作者通过控制活性表面区域的厚度，在催化剂的体磁特性和表面催化活性之间建立了联系。

另外，作者制备了三种不同的核尺寸和三种不同的壳厚度。发现与单独的FM核相比，FM-AFM核-壳系统的矫顽力得到了增强，这是因为界面耦合能量大于反铁磁各向异性能量。

结果表明，外磁场对催化剂OER催化活性的影响随着壳厚度的减小而增加。此外，作者研究了7 nm壳层覆盖了不同核尺寸Fe₃O₄@Ni(OH)₂的OER活性。

当施加外部磁场时，具有120 nm核和“大核”的催化剂显示出类似的OER活性增加。然而，22nm核的Fe₃O₄@Ni(OH)₂的OER活性不受外部磁场的影响。

Ferromagnetic-antiferromagnetic coupling core-shell nanoparticles with spin conservation for water oxidation. Advanced Materials, 2021. DOI: 10.1002/adma.202101091

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