氟掺杂重构NiFe LDH自旋态：解锁晶格氧机制实现高效析氧反应

《Applied Catalysis B: Environment and Energy》：F-Doping-Driven Spin Reconfiguration in NiFe LDH: Unlocking Lattice Oxygen for High-Efficiency Oxygen Evolution Reaction

本工作通过等离子体原位配位重构策略制备了F,N共掺杂NiFe LDH（F,N-NiFe LDH），利用F掺杂诱导形成连续的Ni-F(O)-Fe自旋通道，实现了Ni/Fe自旋态重构（低自旋Ni4+和中自旋Fe3+），促进晶格氧机制（LOM）路径的??O-O??耦合直接生成三重态氧（↑O-O↑），显著提升析氧反应（OER）活性（257 mV@100 mA cm-2）并在碱性交换膜电解槽中实现超长稳定性（800 h）。

　　

亮点

本研究通过等离子体诱导的N配位重构策略，成功制备了F和N共掺杂的NiFe LDH纳米花（F,N-NiFe LDH）。F掺杂诱导形成了连续的Ni-F(O)-Fe自旋通道，促进了关键氧中间体的自旋极化，从而激活了晶格氧机制（LOM）路径。综合的原位/非原位研究和理论计算验证了F介导的LOM激活机制：（I）F掺杂诱导的Ni/Fe自旋态重构；（II）OER过程中的自旋选择性电荷转移。重构后的自旋态（低自旋Ni⁴⁺和中自旋Fe³⁺）促进了直接的??O-O??耦合，形成易于释放O₂的三重态↑O-O↑。加速的电子转移赋予了材料卓越的OER活性（在100 mA cm^-2电流密度下过电位仅为257 mV），并在碱性交换膜电解槽中实现了1 A cm^-2的电流密度（电压1.92 V）和超长稳定性（800小时）。这项工作确立了自旋态工程作为一种通用策略，可用于定制高级电催化中的OER路径。

结论

总之，我们通过等离子体放电技术在泡沫镍上制备了F,N共掺杂的NiFe LDH纳米花（F,N-NiFe LDH）。F,N-NiFe LDH表现出优异的OER活性（在100 mA cm^-2电流密度下过电位为257 mV）和长期稳定性（在AEMWE中，1 A cm^-2电流密度下电压为1.92 V，持续800小时）。F掺杂相对稳定，而N在反应过程中会发生重构。F通过Ni-F(O)-Fe自旋通道加速了电子从Ni位点向Fe中心的转移，促进了高活性Ni⁴⁺的形成并稳定了Fe³⁺，从而抑制了Fe的浸出。