Designing efficient oxygen evolution reaction (OER) electrocatalysts is essential for numerous sustainable energy conversion technologies. An obstacle that impedes the development of OER electrocatalysts is the insufficient emphasis on the spin attribution of electrons. Recently, the different spin configuration of reactants and products in the OER has been recognized as the factor that slows down the reaction kinetics. In this work, Mn substitution was introduced to LaCoO3, which brought about lattice expansion and reduced crystalline field splitting energy. This led to the increase in the effective magnetic moment, which triggers the transfer of Co3+ from low to higher spin states. Thus, the hybridization of Co eg and O 2p states across the Fermi level was strengthened. Specifically, with 25 at. % Mn substitution, LaCoO3 transits from a semiconductor to a half-metal, which benefits the spin-oriented electronic transport and resultantly promotes the OER. This method paves the way for the construction of spin pathways in catalysts.

1.
J. A.
Spies
,
E. A.
Perets
,
K. J.
Fisher
,
B.
Rudshteyn
,
V. S.
Batista
,
G. W.
Brudvig
, and
C. A.
Schmuttenmaer
,
Chem. Soc. Rev.
48
,
1865
1873
(
2019
).
2.
R. M.
Evans
,
B.
Siritanaratkul
,
C. F.
Megarity
,
K.
Pandey
,
T. F.
Esterle
,
S.
Badiani
, and
F. A.
Armstrong
,
Chem. Soc. Rev.
48
,
2039
2052
(
2019
).
3.
P. P.
Lopes
,
D. Y.
Chung
,
X.
Rui
,
H.
Zheng
,
H.
He
,
P.
Farinazzo Bergamo Dias Martins
,
D.
Strmcnik
,
V. R.
Stamenkovic
,
P.
Zapol
,
J. F.
Mitchell
,
R. F.
Klie
, and
N. M.
Markovic
,
J. Am. Chem. Soc.
143
,
2741
2750
(
2021
).
4.
M.
Gong
,
W.
Zhou
,
M. J.
Kenney
,
R.
Kapusta
,
S.
Cowley
,
Y.
Wu
,
B.
Lu
,
M. C.
Lin
,
D. Y.
Wang
,
J.
Yang
,
B. J.
Hwang
, and
H.
Dai
,
Angew. Chem., Int. Ed. Engl.
54
,
11989
11993
(
2015
).
5.
L. F.
Gao
,
Y.
Cao
,
C.
Wang
,
X. W.
Yu
,
W. B.
Li
,
Y.
Zhou
,
B.
Wang
,
Y. F.
Yao
,
C. P.
Wu
,
W. J.
Luo
, and
Z. G.
Zou
,
Angew. Chem., Int. Ed. Engl.
60
,
5257
5261
(
2021
).
6.
M. W.
Louie
and
A. T.
Bell
,
J. Am. Chem. Soc.
135
,
12329
12337
(
2013
).
7.
X. Y.
Hu
,
Y.
Xie
,
Y. H.
Wan
,
Y.
Yang
,
X. J.
Wu
, and
C. R.
Xia
,
Appl. Catal., B
286
,
119901
(
2021
).
8.
X.
Chi
,
M.
Li
,
J.
Di
,
P.
Bai
,
L.
Song
,
X.
Wang
,
F.
Li
,
S.
Liang
,
J.
Xu
, and
J.
Yu
,
Nature
592
,
551
557
(
2021
).
9.
J.
Suntivich
,
K. J.
May
,
H. A.
Gasteiger
,
J. B.
Goodenough
, and
Y.
Shao-Horn
,
Science
334
,
1383
1385
(
2011
).
10.
X.
Cui
,
P.
Ren
,
D.
Deng
,
J.
Deng
, and
X.
Bao
,
Energy Environ. Sci.
9
,
123
129
(
2016
).
11.
J.
Gracia
,
R.
Sharpe
, and
J.
Munarriz
,
J. Catal.
361
,
331
338
(
2018
).
12.
J.
Gracia
,
Phys. Chem. Chem. Phys.
19
,
20451
20456
(
2017
).
13.
X.
Li
,
Z.
Cheng
, and
X.
Wang
,
Electrochem. Energy Rev.
4
,
136
145
(
2021
).
14.
W.
Zhang
,
K.
Banerjee-Ghosh
,
F.
Tassinari
, and
R.
Naaman
,
ACS Energy Lett.
3
,
2308
2313
(
2018
).
15.
O.
Mabayoje
,
A.
Shoola
,
B. R.
Wygant
, and
C.
Buddie Mullins
,
ACS Energy Lett.
1
,
195
201
(
2016
).
16.
S.
Chretien
and
H.
Metiu
,
J. Chem. Phys.
129
,
074705
(
2008
).
17.
E. W.
McFarland
and
H.
Metiu
,
Chem. Rev.
113
,
4391
4427
(
2013
).
18.
X.
Ren
,
T.
Wu
,
Y.
Sun
,
Y.
Li
,
G.
Xian
,
X.
Liu
,
C.
Shen
,
J.
Gracia
,
H. J.
Gao
,
H.
Yang
, and
Z. J.
Xu
,
Nat. Commun.
12
,
2608
(
2021
).
19.
W.
Zhou
,
M.
Chen
,
M.
Guo
,
A.
Hong
,
T.
Yu
,
X.
Luo
,
C.
Yuan
,
W.
Lei
, and
S.
Wang
,
Nano Lett.
20
,
2923
2930
(
2020
).
20.
S.
Chen
,
Z.
Kang
,
X.
Hu
,
X.
Zhang
,
H.
Wang
,
J.
Xie
,
X.
Zheng
,
W.
Yan
,
B.
Pan
, and
Y.
Xie
,
Adv. Mater.
29
,
1701687
(
2017
).
21.
L.
Pan
,
M.
Ai
,
C.
Huang
,
L.
Yin
,
X.
Liu
,
R.
Zhang
,
S.
Wang
,
Z.
Jiang
,
X.
Zhang
,
J. J.
Zou
, and
W.
Mi
,
Nat. Commun.
11
,
418
(
2020
).
22.
Y. C.
Xiong
,
W. H.
Zhou
,
N.
Nan
,
Y. N.
Ma
, and
W.
Li
,
Phys. Chem. Chem. Phys.
22
,
422
429
(
2020
).
23.
F. A.
Garcés-Pineda
,
M.
Blasco-Ahicart
,
D.
Nieto-Castro
,
N.
López
, and
J. R.
Galán-Mascarós
,
Nat. Energy
4
,
519
525
(
2019
).
24.
R. R.
Chen
,
Y.
Sun
,
S. J. H.
Ong
,
S.
Xi
,
Y.
Du
,
C.
Liu
,
O.
Lev
, and
Z. J.
Xu
,
Adv. Mater.
32
,
e1907976
(
2020
).
25.
Y. M.
Sun
,
X.
Ren
,
S. N.
Sun
,
Z.
Liu
,
S. B.
Xi
, and
Z. C. J.
Xu
,
Angew. Chem., Int. Ed. Engl.
60
,
14536
14544
(
2021
).
26.
B.
Zhang
,
X. L.
Zheng
,
O.
Voznyy
,
R.
Comin
,
M.
Bajdich
,
M.
Garcia-Melchor
,
L. L.
Han
,
J. X.
Xu
,
M.
Liu
,
L. R.
Zheng
,
F. P. G.
de Arquer
,
C. T.
Dinh
,
F. J.
Fan
,
M. J.
Yuan
,
E.
Yassitepe
,
N.
Chen
,
T.
Regier
,
P. F.
Liu
,
Y. H.
Li
,
P.
De Luna
,
A.
Janmohamed
,
H. L. L.
Xin
,
H. G.
Yang
,
A.
Vojvodic
, and
E. H.
Sargent
,
Science
352
,
333
337
(
2016
).
27.
Z. F.
Huang
,
J. J.
Song
,
Y. H.
Du
,
S. B.
Xi
,
S.
Dou
,
J. M. V.
Nsanzimana
,
C.
Wang
,
Z. C. J.
Xu
, and
X.
Wang
,
Nat. Energy
4
,
329
338
(
2019
).
28.
C.
Roy
,
B.
Sebok
,
S. B.
Scott
,
E. M.
Fiordaliso
,
J. E.
Sorensen
,
A.
Bodin
,
D. B.
Trimarco
,
C. D.
Damsgaard
,
P. C. K.
Vesborg
,
O.
Hansen
,
I. E. L.
Stephens
,
J.
Kibsgaard
, and
I.
Chorkendorff
,
Nat. Catal.
1
,
820
829
(
2018
).
29.
L.
Trotochaud
,
S. L.
Young
,
J. K.
Ranney
, and
S. W.
Boettcher
,
J. Am. Chem. Soc.
136
,
6744
6753
(
2014
).
30.
B. H.
Han
,
M.
Risch
,
Y. L.
Lee
,
C.
Ling
,
H. F.
Jia
, and
Y.
Shao-Horn
,
Phys. Chem. Chem. Phys.
17
,
22576
22580
(
2015
).
31.
W. T.
Hong
,
M.
Risch
,
K. A.
Stoerzinger
,
A.
Grimaud
,
J.
Suntivich
, and
Y.
Shao-Horn
,
Energy Environ. Sci.
8
,
1404
1427
(
2015
).
32.
J. O.
Bockris
and
T.
Otagawa
,
J. Electrochem. Soc.
131
,
290
302
(
1984
).
33.
S.
Zhou
,
X.
Miao
,
X.
Zhao
,
C.
Ma
,
Y.
Qiu
,
Z.
Hu
,
J.
Zhao
,
L.
Shi
, and
J.
Zeng
,
Nat. Commun.
7
,
11510
(
2016
).
34.
S.
Maiti
,
K.
Maiti
,
M. T.
Curnan
,
K.
Kim
,
K. J.
Noh
, and
J. W.
Han
,
Energy Environ. Sci.
14
,
3717
3756
(
2021
).
35.
Z. Y.
Yu
,
Y.
Duan
,
X. Y.
Feng
,
X.
Yu
,
M. R.
Gao
, and
S. H.
Yu
,
Adv. Mater.
33
,
e2007100
(
2021
).
36.
Z. W.
Seh
,
J.
Kibsgaard
,
C. F.
Dickens
,
I.
Chorkendorff
,
J. K.
Norskov
, and
T. F.
Jaramillo
,
Science
355
,
eaad4998
(
2017
).
37.
J.-Y.
Zhang
,
Y.
Yan
,
B.
Mei
,
R.
Qi
,
T.
He
,
Z.
Wang
,
W.
Fang
,
S.
Zaman
,
Y.
Su
,
S.
Ding
, and
B. Y.
Xia
,
Energy Environ. Sci.
14
,
365
373
(
2021
).
38.
G.
Shen
,
R.
Zhang
,
L.
Pan
,
F.
Hou
,
Y.
Zhao
,
Z.
Shen
,
W.
Mi
,
C.
Shi
,
Q.
Wang
,
X.
Zhang
, and
J. J.
Zou
,
Angew. Chem., Int. Ed. Engl.
59
,
2313
2317
(
2020
).
39.
X.
Li
,
H.
Liu
,
Z.
Chen
,
Q.
Wu
,
Z.
Yu
,
M.
Yang
,
X.
Wang
,
Z.
Cheng
,
Z.
Fu
, and
Y.
Lu
,
Nat. Commun.
10
,
1409
(
2019
).
40.
Y.
Duan
,
S. N.
Sun
,
S. B.
Xi
,
X.
Ren
,
Y.
Zhou
,
G. L.
Zhang
,
H. T.
Yang
,
Y. H.
Du
, and
Z. C. J.
Xu
,
Chem. Mater.
29
,
10534
10541
(
2017
).
41.
J.
Qian
,
T.
Wang
,
Z.
Zhang
,
Y.
Liu
,
J.
Li
, and
D.
Gao
,
Nano Energy
74
,
104948
(
2020
).
42.
U. A.
Palikundwar
,
V. B.
Sapre
,
S. V.
Moharil
, and
K. R.
Priolkar
,
J. Phys.
21
,
235405
(
2009
).
43.
B. N.
Figgis
and
M. A.
Hitchman
,
Ligand Field Theory and Its Applications
(
Wiley-VCH
,
New York
,
2000
), p.
354
.
44.
Y.
Yao
,
Z.
Lin
,
Y.
Li
,
M.
Alcoutlabi
,
H.
Hamouda
, and
X.
Zhang
,
Adv. Energy Mater.
1
,
1133
1140
(
2011
).

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.