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徐平/武剛JMCA: 抽絲剝繭: 探究鎳基材料在磁場(chǎng)下的OER行為

磁場(chǎng)輔助電催化已成為能量轉(zhuǎn)換相關(guān)電化學(xué)反應(yīng)(如析氫反應(yīng)(HER)、析氧反應(yīng)(OER)、氧還原反應(yīng)(ORR)和CO₂還原反應(yīng)(CO₂RR))的一種新方法。然而，目前仍然缺乏對(duì)磁場(chǎng)增強(qiáng)機(jī)制的全面了解，因此無(wú)法利用其優(yōu)勢(shì)設(shè)計(jì)和制造用于先進(jìn)能源技術(shù)的高性能催化劑。

基于此，哈爾濱工業(yè)大學(xué)徐平、紐約州立大學(xué)布法羅分校武剛等研究了鎳基催化劑(Ni(OH)₂、NiO和Ni)在原位磁場(chǎng)下的析氧反應(yīng)(OER)行為。

研究人員通過(guò)使用自行設(shè)計(jì)的電化學(xué)系統(tǒng)與可微調(diào)磁場(chǎng)強(qiáng)度(0 T-1.4 T)的磁力計(jì)相結(jié)合來(lái)進(jìn)行試驗(yàn)。結(jié)果表明，所有材料的電催化活性隨著磁場(chǎng)強(qiáng)度的增加而提高(在1.4 T的強(qiáng)磁場(chǎng)下，IrO₂、Ni(OH)₂、NiO和Ni在10 mA cm^-2電流密度下的過(guò)電位分別降低10 mV、12 mV、11 mV和20 mV)。

另外，在磁場(chǎng)作用下，氧化峰電流增加，這表明隨著磁場(chǎng)強(qiáng)度的增加，電極的電導(dǎo)率更高，電子轉(zhuǎn)移效率提高，同時(shí)也進(jìn)一步表明磁場(chǎng)可以加速OER的多電子轉(zhuǎn)移過(guò)程。

磁阻(MR)效應(yīng)在影響OER活性中的主導(dǎo)作用，OER過(guò)程中的電子轉(zhuǎn)移也可以通過(guò)MR效應(yīng)受到磁場(chǎng)的影響。值得注意的是，在第一個(gè)電子轉(zhuǎn)移步驟是OER的決速步的情況下，磁場(chǎng)誘導(dǎo)的自旋極化動(dòng)力學(xué)將更加明顯。

總體而言，磁誘導(dǎo)的OER增強(qiáng)在具有負(fù)MR效應(yīng)的催化劑中最為明顯，即使在去除磁場(chǎng)后，也會(huì)發(fā)現(xiàn)磁滯效應(yīng)。這項(xiàng)工作開(kāi)辟了磁場(chǎng)輔助電催化的新途徑，并為磁效應(yīng)促進(jìn)的催化劑的設(shè)計(jì)和制造提供了新見(jiàn)解。

Magnetic Field Assisted Electrocatalytic Oxygen Evolution Reaction of Nickel-Based Materials. Journal of Materials Chemistry A, 2021. DOI: 10.1039/d1ta09444k

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