物理科学学院龙云泽教授课题组在自然指数期刊Chemical Science上发表论文

新闻网讯 近日，物理科学学院龙云泽教授团队在自然指数期刊 Chemical Science（2025,16(39): 18309-18317）上发表了题为“Harnessing magnetic fields: Temporal-spatial enabling in water-splitting electrocatalysis”（利用磁场：在水分解电催化中的时空赋能）的研究论文。论文第一作者是博士生刘进华和青年教师郑杰博士，通讯作者是龙云泽教授。

对于电催化析氧反应OER，反应物H₂O/OH^-的单重态和产物O₂的三重态之间的量子力学失配导致了自旋阻断，从根本上限制了反应速率。因此OER固有缓慢动力学是电解水制氢主要的限制因素。这种与自旋相关的挑战导致了催化剂设计的范式转变，因此特别关注3d过渡金属基催化剂的电子自旋结构。虽然掺杂和构筑异质结等方法在调节自旋态方面有明显效果，但它们对自旋动力学的控制有限。外部磁场已成为一种新的替代方法，能精确操纵电子自旋取向，并可能克服自旋相关的限制。最近的研究表明，外加磁场通过多种机制增强催化。然而，关键问题仍未得到解决：什么因素定义了最佳磁场强度？磁场施加的时间如何影响催化效果？磁增强的定量边界是什么？

针对上述问题，该研究通过制备Co-Ru@RuO₂亚铁磁材料和外加（0-5 T）的磁场，系统研究了磁场对电解水的影响。该工作引入了“时空赋能”的新概念，表明磁场对电催化的影响不是静态的，而是关键取决于磁场施加的时机。小磁场（小于1 T）在循环伏安法CV激活之前施加是有效的，在电化学稳定测试后再添加小磁场是无效的。然而，施加极强的磁场会破坏电化学稳态。通过创新地准原位磁矩温度测量，建立了催化剂磁矩与其性能之间的直接相关性，证明了外部磁场可以诱导催化剂自旋态重排，从而增强催化活性。