具有金属-氮-碳（M-N-C）构型的过渡金属单原子电催化剂（SAC）在析氧反应（OER）中显示出巨大的潜力，其中必须允许自旋相关电子沿着反应物（OH/H2O，单线态自旋态）转移）和产物（O₂，三重态自旋态）。因此，必须调节M-N-C中的自旋构型以增强自旋敏感的OER能量，但这仍然是一个重大挑战。

在此，北京大学侯仰龙教授，Yufeng Zhao报道了通过在Fe-N-C结构中引入主族元素(Mg)引起的中低自旋跃迁的局部场畸变，并解码了增强OER活性的潜在起源。

文章要点

1）研究人员发现，Mg²⁺和Fe²⁺之间较大的离子半径不匹配会引起FeN₄面内方形局部场变形，从而触发Fe²⁺从中间自旋(d_xy²d_xz²d_yz¹d_z2¹，2.96 μB)到低自旋(d_xy)的有利自旋跃迁。2d_xz²d_yz²,0.95 μB)，从而用所需的吉布斯自由能调节基本步骤的热力学。

2）所获得的Mg/Fe双位点催化剂表现出优异的OER活性，在10 mA cm^-2下的过电势为224 mV，在10 mA cm^-2下的整体水分解电解电压仅为1.542 V，优于其他最先进的过渡金属SAC催化剂。

参考文献

Jing Zhang, et al, Improving Electrocatalytic Oxygen Evolution through Local Field Distortion in Mg/Fe Dual-site Catalysts, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202314303

DOI: 10.1002/anie.202314303

https://doi.org/10.1002/anie.202314303