水電解技術作為制備綠色氫能的關鍵途徑，受限于陽極側的緩慢析氧反應（OER）動力學。研究表明，OER過程中從單重態H2O/OH–向三重態O2的自旋態躍遷構成了本征反應障礙，但對OER催化劑自旋狀態的有效調控手段仍較為缺乏。外加磁場增強雖然一度被嘗試，但需額外能量供給且增強機理存在爭議，亟需發展無外場條件下自旋調控的新策略。
近日，西安交通大學科研人員提出了通過非對稱Fe-Ni立構策略以實現原子級局域自旋調控的新機制。將Fe引入NiPS3晶格后引起自旋態重新分布，形成具有中自旋態（MS）的Fe3+活性位點。通過P/S配位進一步穩定Fe3+的MS態，并憑借自犧牲抑制競爭性的Cl氧化反應及Cl毒化。該催化劑在堿性及真實海水電解中均展現出優異性能，在10mAcm2條件下的工作電壓僅為1.50V/1.52V，并能保持1000小時穩定運行。此外，該催化劑在陰離子交換膜（海）水電解槽（AEM(S)WE）器件中也表現出穩定低壓的工作優勢。此外，通過理論計算、X射線吸收譜、電子順磁共振、穆斯堡爾譜等多維度技術手段，系統地揭示了MSFe3+在促進自旋選擇性電子轉移中的關鍵作用。本研究為非貴金屬催化體系中構建內在自旋調控路徑提供了新范式，對綠色高效制氫催化劑設計具有重要參考意義。
該研究成果以Asymmetric tacticity navigates the localized metal spin state for sustainable alkaline/sea water oxidation（《非對稱立構調控金屬局域自旋態實現高效可持續的堿性/海水氧化》）為題出版發表在Science Advances（《科學進展》）上。西安交通大學金屬材料強度全國重點實驗室為論文的第一單位和唯一通訊單位，材料學院表面工程研究室戴正飛教授為論文的唯一通訊作者，博士生劉耀達為論文的第一作者。研究工作得到國家自然科學基金面上項目、陜西省自然科學基金、西安交大分析測試中心/超算中心等的支持。
論文鏈接：https://www.science.org/doi/full/10.1126/sciadv.ads0861
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