Nature Commun：自旋对称性破缺策略实现优异的酸性OER电催化活性

纳米技术

2022-07-15

虽然酸性电解液的产氧反应在电化学能量转化领域起到非常重要的作用，但是产氧反应的缓慢反应动力学和酸性电解液中材料的稳定性非常弱，导致发展此类材料面临着较大的困难和挑战。

有鉴于此，河海大学王沛芳、南京大学刘力哲等报道不同于以往研究方法中从纳米结构调控角度，而是从打破结构对称性的角度调节自旋电子的占据情况、优化自旋-轨道相互作用出发，调节催化剂与反应物之间的电荷转移。作者发展了一种多级杂化Bi_xEr_2-xRu₂O₇焦绿石，能够调节轨道占据态和自旋电子占据态。因此能够控制Bi 6s孤对电子成键相互作用，将不对称高自旋态转变为对称的低自旋态，因此原子部分畸变的Bi_xEr_2-xRu₂O₇焦绿石在酸性电解液和10 mA cm^-2电流密度和超低的过电势（-0.18 V），长达100 h的优异长时间稳定工作性能。

本文要点

（1）

通过制备Bi_xEr_2-xRu₂O₇实现了研究破坏对称性破缺与OER性能之间的关系，这种方法的实现通过Bi 6s轨道电子影响Ru原子与相邻氧原子之间的成键相互作用，导致形成室温畸变的杂化，将RuO₆从D_3d转变为D_h结构。引入的Er阳离子对对称性破缺现象不敏感，但是能够用于控制Bi_xEr_2-xRu₂O₇样品的原子畸变情况程度，当原子畸变作用伴随着消除轨道简并度，因此由于破坏了对称性结构，引起电子的自旋结构改变。

（2）

这项工作为设计具有原子畸变的催化剂提供一种方法，而且为深入理解如何通过调节材料的自旋实现控制酸性电解液环境中的OER反应动力学。

参考文献

Zhou, G., Wang, P., Hu, B. et al. Spin-related symmetry breaking induced by half-disordered hybridization in Bi_xEr_2-xRu₂O₇ pyrochlores for acidic oxygen evolution. Nat Commun 13, 4106 (2022)

DOI: 10.1038/s41467-022-31874-4

https://www.nature.com/articles/s41467-022-31874-4