穩態(tài)強磁場(chǎng)實(shí)驗裝置(SHMFF)用戶(hù)新加坡國立大學(xué)呂炯教授及合作者開(kāi)發(fā)了高密度的原子分散的Ni₁/MoS₂單原子自旋催化劑，利用SHMFF實(shí)驗條件證實(shí)了室溫鐵磁性及其N(xiāo)i(III)起源。相關(guān)研究成果發(fā)表于材料學(xué)頂刊Nature Nanotechnology。

　　電催化分解水析氧反應（Oxygen Evolution Reaction, OER）是一個(gè)4電子轉移的反應，過(guò)電勢較高，是分解水產(chǎn)氫全池的瓶頸反應。理論研究表明，OER過(guò)程中存在三重態(tài)分子氧（ O=O ），其與脫附后的氧分子間存在1 eV的能量差，需要經(jīng)過(guò)自旋電子的能量交換使氧分子順利從催化劑表面脫附。因此，從OER反應過(guò)程出發(fā)，如何促進(jìn)電子快速轉移及三重態(tài)分子氧脫附是開(kāi)發(fā)高性能OER催化劑的核心。

　　磁場(chǎng)增強型單原子催化劑是加速化學(xué)反應的潛在材料。然而，催化劑設計仍然具有挑戰性，因為其不僅需要高密度的原子分散活性位點(diǎn)，同時(shí)應具有短程量子自旋交換相互作用和遠程鐵磁有序。

　　在本研究中，研究團隊利用簡(jiǎn)單的水熱法合成了系列過(guò)渡金屬摻雜的MoS₂材料。對于高密度的原子分散的Ni₁/MoS₂單原子自旋催化劑，SHMFF電子自旋共振譜證實(shí)了室溫鐵磁特性及其N(xiāo)i(III)起源。在磁場(chǎng)條件下，室溫鐵磁性能顯著(zhù)降低自由基中間體的脫附能壘，實(shí)現了該催化劑的OER性能顯著(zhù)提升（最高可達28.8倍），并在全池分解水中催化性能優(yōu)異。結合理論計算，驗證其優(yōu)異的催化活性源于顯著(zhù)降低的OOH^*脫附能壘。該研究拓展了磁場(chǎng)和磁性單原子催化材料的應用范疇。

　　該工作由新加坡國立大學(xué)呂炯教授、Kostya S. Novoselov教授，中山大學(xué)羅鑫教授，淡江大學(xué)Cheng-Hao Chuang教授，新加坡科技研究局席時(shí)博研究員和中國科學(xué)院合肥物質(zhì)院強磁場(chǎng)中心曹亮副研究員合作完成。

　　論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41565-023-01407-1 

圖1. 鐵磁Ni₁/MoS₂單原子電催化分解水OER催化材料