“自旋”被视为一种重要的电子自由度，可用于提高电催化剂和光催化剂的性能。在本系列中，我们将通过系列文章探究其内在机理，作用方式究，以及其未来发展方向，通过本文，让我们来进一步展望自旋催化剂新动向。

1.期刊名：Angew （2019）

文献题目：Regulating the Spin State of Fe^III by Atomically Anchoring on Ultrathin Titanium Dioxide for Efficient Oxygen Evolution Electrocatalysis

原文链接：https://doi.org/10.1002/anie.201913080

推荐理由：铁氧化物和氢氧化物虽然数量多，成本低，但由于自旋态过高，抑制了与反应中间体的结合强度，所以很少被考虑用于OER反应。本文中作者采用了一种简便的吸附-氧化策略，将Fe^III原子化地固定在超薄的TiO₂纳米带上，以协同降低自旋态，从而增强对含氧中间物的吸附，并提高电导率。催化剂表现出优越的OER性能，远远优于传统的IrO₂/C和RuO₂/C催化剂，是不含活性金属如Ni、Co或贵金属的最佳铁基OER催化剂。自旋催化剂在这里初露锋芒。

2.期刊名：ACS Nano （2021）

文献题目：Tuning the Spin Density of Cobalt Single-Atom Catalysts for Efficient Oxygen Evolution

原文链接：https://doi.org/10.1021/acsnano.1c00251

推荐理由：了解自旋的催化作用，从而调控单原子中心的自旋密度，具有深远的基础意义和技术影响。在此，作者在单层TaS₂上合成了铁磁Co单原子催化剂（Co₁/TaS₂）。本文通过实验和理论揭示了自旋密度与OER活性的依赖性，即单原子催化剂的最佳自旋密度可以通过相邻的异质CoTa单位点来实现，从而获得优异的OER性能，这为SACs中建立了自旋-活性的相关性，可以为设计用于可再生能源转换的高效磁性SACs构建一个理论框架。

3.期刊名：JACS （2022）

文献题目：Spin-Polarized Photocatalytic CO₂ Reduction of Mn-Doped Perovskite Nanoplates

原文链接：https://doi.org/10.1021/jacs.2c06060

推荐理由：本工作通过掺杂锰阳离子(Mn²⁺)和施加外部磁场来提高光催化CO₂还原反应效率。与未经掺杂的CsPbBr₃卤化物钙钛矿纳米片(NPL)相比，Mn²⁺掺杂的样品展示出优异的光催化特性，经过研究发现，这是因为在Mn²⁺掺杂后会产生自旋极化电子。进一步地，通过施加外部磁场，Mn-CsPbBr₃NPLs的光催化性能进一步显著增强。这表明在光催化半导体中操纵自旋极化电可以为提高光催化效率提供了一种有效策略。

4.期刊名：Nano letters （2022）

文献题目：Synergetic Charge Transfer and Spin Selection in CO Oxidation at Neighboring Magnetic Single-Atom Catalyst Sites

原文链接：https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.2c00711

推荐理由：本文中作者利用第一原理计算发现Mn₂C₁₈H₁₂的二维铁磁金属有机框架可以作为一个高效的单原子催化剂，用于自旋三态O₂的活化和CO的氧化。探究发现其催化基本机制是"协同电荷-自旋催化"的一个微妙的协同过程，即电荷转移和自旋选择。作者进一步发现该协同机制可广泛适用于磁性X₂C₁₈H₁₂（X=锰、铁、钴和镍）上的O₂吸附，其化学活性和自旋活化能之间有明确的线性比例关系。本研究结果为化学反应提供了新的见解，其中自旋选择起着重要作用。

5. 期刊名：CCS Chemistry （2022）

文献题目：Spin-Enhanced C–C Coupling in CO₂ Electroreduction with Oxide-Derived Copper

原文链接：https://doi.org/10.31635/ccschem.022.202202263

推荐理由：二氧化碳（CO₂）电催化还原为多碳（C²⁺）产物涉及错综复杂的多个质子和C-C耦合的电子转移，这不仅由内在的反应性决定，也由催化剂中电子的自旋状态决定。在这里，作者观察到自旋增强的二氧化碳还原（CO₂RR）电催化活性在一个氧化物衍生的铜（OD-Cu）催化剂上，由于存在一个携带磁矩的特定Cu*位点。由于OD-Cu的磁性和催化特性的相关性，通过OD-Cu电极的电流密度在施加350 mT磁场时增加了近10%。这种磁场效应（MFE）的场强和角度依赖性，以及时间分辨的测量结果证明，它源于Cu*位点上磁矩的排列。这项工作发现了一个新的自旋增强催化模式，适用于涉及自旋产品的广泛的化学反应。

6.期刊名：Angew （2022）

文献题目：Spin Effect to Promote Reaction Kinetics and Overall Performance of Lithium-Sulfur Batteries under External Magnetic Field

原文链接：https://doi.org/10.1002/anie.202211570

推荐理由：锂硫电池受到多硫化锂的穿梭和缓慢的Li-S反应的限制。在此，作者证明了当使用硫化钴作为催化添加剂时，由永久磁铁产生的外部磁场可以显著改善LiPS的吸附能力和Li-S反应动力学。研究结果从实验和理论上显示了Co离子的电子自旋极化是如何减少电子排斥和提高轨道杂化程度的，从而使LSB具有前所未有的性能和稳定性。这项工作不仅证明了在LSBs中促进LiPS吸附和电化学转化的有效策略，而且还丰富了自旋效应在电催化领域的应用。

7.期刊名：Nature Communication（2022）

文献题目：A spin promotion effect in catalytic ammonia synthesis

原文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-022-30034-y

推荐理由：在过去的20年里，已经报道了许多试图寻找温和条件下合成氨的新催化剂，特别是在传统的K和Cs氧化物之外，还引入了许多新的催化率促进剂。在此，作者确定了磁性催化剂的一种新的促进剂效应，磁性催化剂的加入引起了活化能的大幅降低，这为寻找新的氨合成催化剂提供了可能性。

8.期刊名：JACS（2022）

文献题目：Regulating the Spin State of Fe^III Enhances the Magnetic Effect of the Molecular Catalysis Mechanism

原文链接：https://doi.org/10.1021/jacs.2c01153

推荐理由：水相OER反应是水裂解的瓶颈。O-O键的形成涉及到从抗磁性的氢氧化物中生成顺磁性的氧分子。在此，作者提出了一种新的磁性Fe^III位点自旋分裂策略，其中Fe^III位点的电子结构和自旋态被Cu²⁺的Jahn-Teller效应有效诱导和优化。通过Cu²⁺的调节，作者实现了NiFe-LDHs从亚铁磁体到铁磁体的转变，并首次展示了在磁场作用下，Cu-NiFe-LDHs的OER性能与NiFe-LDHs相比明显提高。磁场和自旋构型的结合为开发高性能的催化剂提供了新的原则，并从自旋电子水平上理解催化机制。

9.期刊名：Nature Communication（2021）

文献题目：Spin-polarized oxygen evolution reaction under magnetic field

原文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-021-22865-y

推荐理由：OER反应是限制水裂解能量效率的瓶颈。该过程涉及四电子转移和从单态物种（OH-或H₂O）生成三重态O₂的过程。本文中作者通过使用铁磁性有序催化剂作为恒定磁场下自旋选择的自旋极化催化剂。然而非铁磁催化剂在该体系下并没有性能增强。作者发现自旋极化发生在OER的第一个电子转移步骤中，在自旋角动量守恒的原则下，铁磁催化剂和被吸附的氧气物种之间发生相干的自旋交换，从而具有快速的动力学。在接下来的三个电子转移步骤中，由于被吸附的氧物种采用固定的自旋方向，OER电子需要遵循Hund规则和Pauling不相容原理，从而自发地进行自旋极化，最终导致三重态O₂的产生。本文揭示了OER反应过程中自旋极化动力学的内在机制，为理解和设计自旋催化剂提供了参考。

详细解读可通过“材料人”公众号查找。

本文使用 文章同步助手 同步