近日，我院彭坤教授课题组在《Journal of Power Sources》(IF=6.945)上发表题为“Magnetic field enhancing electrocatalysis of Co3O4/Ni foam for oxygen evolution reaction”的研究论文。该论文第一作者为硕士研究生李依依，通讯作者为彭坤教授。
电解水是一种比较有希望实现可持续生产的制氢技术，然而其中的析氧反应由于涉及四电子转移与O-O键的形成，动力学更缓慢，限制着整个电解水过程的速率，所以析氧反应催化剂的使用至关重要。早期用于催化析氧反应的物质多为贵金属及其氧化物，但稀缺的储量、高昂的价格阻碍了它们的推广。近年来，廉价的过渡金属系催化剂始终热度不减，不过较贵金属及其氧化物而言，其活性尚有广阔的提升空间。众所周知，电解水的析氧催化过程涉及电子的转移。考虑到在外加磁场的诱导下，物质的电子状态以及电子传输均会受到影响，因此课题组提出了一种采用磁场辅助增强催化剂电催化性能的新方法。
课题组以过渡金属氧化物Co3O4为研究对象，于Co3O4催化析氧反应系统外部施加恒定磁场，使其处于磁场辅助下工作，Co3O4在磁场中催化析氧反应的能力得到显著提高，其塔菲尔斜率和一定电流密度对应的过电位均呈减小趋势。磁场通过诱导磁流体驱动效应以及电子自旋性状变化影响液相传质、电子转移步骤，进而增强Co3O4的析氧催化性能。磁流体驱动效应将引起电极附近电解质的强制对流、加速电极和电解质之间界面层的电荷传输。以及磁场引起电子自旋磁矩产生能级分裂，获得的附加能量让电子跃迁转移更加容易。在磁场作用下Co3O4活性位点的本征活性得到有效提高并具有良好的性能稳定性。
图1 Co3O4在不同磁场强度下的LSV曲线和塔菲尔曲线
图2磁场增强Co3O4析氧催化性能的机制示意图
这项工作避免了复杂的制备流程，在满足材料研发与工程应用的前提下，使过渡金属氧化物Co3O4的析氧催化性能显著提升。该工作得到了国家自然科学基金和湖南省自然科学基金项目的资助。
文章链接为：https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2019.226704
