王军强、霍军涛等在磁场辅助增强电催化析氢性能方面取得重要进展

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氢气作为清洁能源，在未来的能源版图中将发挥重要作用，电解水制氢具有成本较低、效率高、环境友好、安全性较好等优点，备受人们青睐。目前电催化析氢反应活性最好的固态催化剂是贵金属铂、钯、铱等，但贵金属储量稀少，价格昂贵，不适用于大规模生产。因此需开发廉价、高效的非贵金属析氢电催化剂。含有Fe、Co、Ni等磁性元素的催化剂表现出优异的催化活性、稳定性和价格优势，被认为是最有希望替代贵金属的催化剂之一。
　　中国科学院宁波材料技术与工程研究所非晶合金磁电功能特性研究团队，长期致力于新型磁性催化剂的开发及其性能优化。前期基于Fe、Co、Ni等磁性元素，发展了一种多组元磁性催化剂的快速制备和筛选方法[ACS Catal. 2022 (12) 3789]；并研发出多种具有高活性的磁性催化剂[J. Mater. Chem. A 2020 (8) 3246；J. Alloy Compd. 2021 (880) 160548]。

图1 交变磁场对磁性催化剂电催化性能的影响规律

图2 交变磁场增强磁性催化剂电催化性能的微观机制示意图

　　近期，该团队研究生蔡亮等人，在王军强研究员和霍军涛研究员的指导下，在磁场辅助增强电催化析氢性能方面取得了重要进展。该项工作系统研究了外加交变磁场（AMF）对Fe-Co-Ni-P-B磁性催化剂析氢反应（HER）的影响规律及其微观机制。研究发现AMF可以显著提高磁性催化剂的HER催化效率，在20mT的外加磁场下，其电流密度增加了27%。研究结果表明，磁场增强HER催化性能主要归因于洛伦兹力提高了电荷转移效率，而磁热效应的贡献较小。另外，Fe-Co-Ni-P-B电极的高磁导率和电磁涡流的趋肤效应可以进一步放大洛伦兹效应。该工作阐明了AMF增强磁性催化剂HER活性的新机制，为进一步改善磁性催化材料的性能提供了新思路。相关成果以“Key Role of Lorentz Excitation in the Electromagnetic-Enhanced Hydrogen Evolution Reaction”为题发表在国际知名期刊ACS Appl. Mater. Interfaces 2022 (14) 15243上。
　　以上工作成果得到国家重点研发计划（2018YFA0703604、2018YFA0703602），国家自然科学基金（51827801、51922102、52071327、92163108），中科院青促会（2019296），浙江省自然科学基金（LR22E010004、2022C01023）等项目的资助。
         文章来源：宁波材料所
       王军强，博士，中国科学院宁波材料所研究员，博士生导师。招生方向：材料物理与化学，磁性材料与应用技术。2005年东北师范大学本科毕业，2010年中国科学院物理研究所博士毕业，2010年至2014年先后在日本东北大学和美国威斯康星-麦迪逊大学从事博士后研究，2014年以“团队人才”加入中国科学院宁波材料所。2015年荣获“中科院百人计划”（A类）择优资助。在PNAS, Scientific Reports, Adv Funct Mater, Acta Mater, Appl Phys Lett, Phys Rev B，Corrosion Science等国际期刊发表论文30余篇，引用400余次。申请日本、中国专利4项。在第十九届非晶纳米晶亚稳材料国际年会（Moscow，2012）上获得青年科学家奖，成为第四位获得该奖的华人科学家。也曾获中科院优秀毕业生等。
        霍军涛，博士，中国科学院宁波材料所研究员，硕士生导师。本科和硕士毕业于哈尔滨工业大学材料加工工程专业，博士毕业于中国科学院物理研究所凝聚态物理专业。2012年7月加入中国科学院宁波材料所磁性材料与机电装备事业部，历任博士后、助理研究员、副研究员。长期致力于具有功能物性的新型非晶合金材料的开发与研究，尤其在非晶合金的磁蓄冷和磁制冷性能方面取得了一系列研究成果。在JAP、Intermetallics、J Non-Cryst Solids等国际期刊发表论文14篇，申请国家发明专利8项。主持和参与国家自然科学基金、宁波市自然科学基金和中科院装备计划等多个项目。