交变磁场在电催化领域的应用展现出了独特的科学价值和潜在的技术优势。与传统的加热技术直接加热反应器提升催化性能处理不同，交变磁场提供了一种非接触式加热技术，局域加热受激磁性纳米颗粒催化剂（磁加热温度可达数百度）提升催化剂催化性能，同时不会影响反应器的寿命和能耗。然而，交变磁场在电化学领域中的实际应用主要集中在磁性热感应介质上，对于非磁性催化剂，利用交变磁场提升其催化性能是充满挑战性的。近期，江西师范大学袁彩雷教授团队首次提出了一种可行的方法，能够拓广交变磁场在非磁性电催化剂中的应用。通过使用磁性Fe3O4纳米颗粒修饰工作电极衬底，利用其在交变磁场下受到激发能够产生与Néel弛豫相关的磁加热效应的特性，制备了一种通用型C/Fe3O4/C磁加热电极。这种磁加热电极既可以作为衬底负载非磁性催化剂，又可以作为自热层加热上部的非磁性催化剂促进其电化学性能。对此，团队选取了非磁性的Pt纳米颗粒和Pt单原子进行了实验验证。实验结果表明，当非磁性的Pt纳米颗粒负载在C/Fe3O4/C磁加热电极上时，施加交变磁场可以明显提升其电催化活性。在10 mA cm-2的电流密度下，Pt纳米颗粒的过电位降至19.7 mV。通过磁开关行为测试能够直观地观察到，与未施加交变磁场相比，Pt纳米颗粒的磁电流密度增加了约146%。对于非磁性的Pt单原子，负载在C/Fe3O4/C磁加热电极上时也有类似的促进作用，而且加热效应放大了各个活性位点的催化效率，避免了原子活性催化剂随负载量增加而出现的团聚倾向。研究工作设计的工作电极衬底可以作为热源加速上部非磁性材料的催化反应，解决了交变磁场在非磁性催化剂应用上的局限性，为进一步提升非磁性材料催化性能提供了新的思路。研究成果近期以《A Versatile C/Fe3O4/C Self-Heating Electrode for Universal Application of Alternating Magnetic Fields in Electrocatalytic Hydrogen Production》为题在线发表在《Advanced Functional Materials》。江西师范大学为唯一完成单位，袁彩雷教授为本文通讯作者，硕士研究生占贺龙为本文第一作者，江珍真博士为本文共同第一作者。该项工作得到了国家自然科学基金委的支持。图1. 利用磁性Fe3O4纳米颗粒修饰工作电极制备一种通用型C/Fe3O4/C磁加热电极、加热上部非磁性催化剂促进其电化学性能。图2. C/Fe3O4/C的表征、磁学性质、有无交变磁场作用下的析氢性能以及红外温度测试。图3. Pt NPs@C/Fe3O4/C的结构表征、有无交变磁场作用下的析氢性能及长期稳定性测试。图4. Pt SAs@C/Fe3O4/C的结构表征、有无交变磁场作用下的析氢性能及长期稳定性测试。https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202407600。
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