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ChemCatChem:外加磁场协助析氧反应的最新进展
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自工业革命以来,大量的化石燃料被用于促进人类社会的快速发展。寻找化石燃料的替代品,开发无污染的新能源已迫在眉睫。近年来,风能、太阳能、潮汐能和氢能的发展取得了很大进展,其中氢能因其能量密度高、无碳排放、易于储存和运输而脱颖而出。电解水制氢可以获得高纯度的氢气,而不会排放有害的温室气体。水分解制氢可以看作两个半反应,即阴极的析氢反应和阳极的析氧反应。析氧反应是一个四步骤四电子反应,其动力学速率非常缓慢,这影响了电解水的整体效率。从理论上讲,激发电解水反应只需要1.23V的电位,但由于极化等因素的影响,实际的电解水电位远高于这个值。因此,开发低成本、高效率的催化剂是一个难题。


目前,人们主要通过掺杂元素、构建异质结、负载衬底、设计形态、改变电子构型、构建缺陷等策略来提高催化剂的性能。这些改性策略主要是通过增加电极表面的实际反应面积,以暴露更多的活性位点或通过改变带隙降低活化能来提升效率。随着大量的研究投入,通过这些策略来提高电催化剂的性能已经陷入瓶颈。开发新的策略来提高电解水的效率亟待解决。外场的加入可以辅助电催化的进行。目前已经证明,超声波场、电场、磁场、光场和应力场可以提高水的分解效率。外加磁场可以通过加快气体离开电极表面的速度、促进电子和活性物质的传导、降低活化能来加速电解水。


针对以上问题,东北大学秦皇岛分校刘宣文教授课题组撰写了外加磁场协助析氧反应的最新进展——一个迷你综述。该综述分类总结了外加磁场协助析氧反应的最新报道,并按照磁场引起的强化方式进行了分类讨论,其中一些磁场的强化方式以前没有被系统的综述过,比如磁场引起的电子结构的改变,磁场中的磁基底引起的交换偏置效应都会促进析氧反应的进行。最后得出了一些结论,比如交流磁场的强化效果远远比直流磁场更高效等。最后,该综述提出了一些相关的展望,希望能更好地理解和发展外加磁场协助电解水的应用。

文信息

Recent Development of External Magnetic Field Assisted Oxygen Evolution Reaction-A Mini Review

Zihang Feng, Chuanlin Dai, Haibin Wang, Dr. Rui Guo, Prof. Dr. Junhua You, Prof. Dr. Xuanwen Liu

文章第一作者为硕士生冯梓航


ChemCatChem

DOI: 10.1002/cctc.202300688




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